一种超小型超高频段RFID标签天线的设计-射频/微波-与非网
图 5中方框部分为433 MHz频率点对应的阻抗值，Zt=2.832 004-i222.484 839，天线实部较小，呈现容抗性。这里使用ADS进行阻抗匹配工作。设计原理是天线增加匹配电路后，组成一个新的电路结构，整个电路在433 MHz处谐振，阻抗达到50 &O，从而实现阻抗匹配。ADS原理图中用集总元件表示天线的阻抗，具体设计方法是天线等效为一个电阻和电容的串联，设电阻为R，电容为C
计算得到，R=2.832 004 &O，C=1.65 pF。
ADS中将集总元器件、Smith Chart Matching圆连接起来得到仿真电路，具体结构如图6所示。
图6 ADS中天线Smith匹配Smith Chart匹配
图6中电路结构经Smith Chart匹配，ADS中提供了4种匹配结构，如图7所示。
图7 4种匹配网络结构图
根据L型匹配电路介绍，设计采用右上角先并联电感后串联电感的方式。将匹配电路与天线串联连接后，用ADS仿真得到此时天线的谐振频率与带宽，如图8所示。
图8 天线谐振S11曲线图
图 8所示，仿真天线谐振点为433 MHz，天线带宽为2 MHz具体范围是432～434 MHz，结果符合有源RFID系统中通信频率的设计要求。但ADS因存在精度问题，会自动调整输入值，所以只采用其提供的匹配电路结构图，具体的元器件值 还需进行实际调试得到。实际调试中用矢量网络分析仪连接同样的匹配电路结构进行调试。准备一块带有匹配电路电感位置的天线板。根据以下步骤调试匹配电路： (1)启动矢量网络分析仪。(2)将矢量网络分析中的同轴传输线外导体连接匹配电路中接地端，将内导体连接匹配电路馈线端。(3)焊接匹配电路中其中一个 电感，根据矢量网络分析中的Smith圆图调节另一个电感值，直到谐振频率为433 MHz时，调试完成。经调试，确定调试过程中L3为30 nH，L2为12 nH。最终结果如图9所示。
图9 实际调试后匹配电路
实 际调试中天线的增益为-17 dB，较仿真时有所减小。当天线在433.92 MHz谐振时，天线的带宽较窄，相比仿真结果约减小400 kHz。而且匹配电路中电感值发生较大变化，这是因为ADS进行Smith圆匹配中默认阻抗实部最小为5.3，而实际天线的实部只有2.8，出现了较大误 差。即便如此，文中所设计的天线还能满足有源RFID定位系统应用要求。实物如图10所示。
图10 实物图
本文提出了一种433 MHz PCB天线，增益为-17 dB，达到了RFID系统的应用要求。天线半径为14 mm的半圆区域，在目前所有的文献中面积最小。该天线已制作完成，经过不断调试，在匹配了两个电感后，谐振频率达到433 MHz。该天线尺寸小，是一种性能较好，工程上实用性强的标签天线。
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物联网RFID（44）
& & &在相关的文章当中，我们认过，rfid根据工作频率，有低频、高频、超高频和微波系统之分。频率是指相关的读写器和标签的工作频率，也就是它们的天线频率。本文章讨论一下低频和高频的天线技术。
& & & 在低频和高频频段，读写器与电子标签基本都采用线圈天线，二者线圈之间存在相互感应，使一方线圈的能量可以耦合到另方线圈，因此读写器天线与电子标签天线之间采用电感耦合的方式工作。
& & & 读写器天线与电子标签天线是近场耦合（参照博文章耦合形式http://blog.csdn.net/yixueming/article/details/），电子标签处于读写器的近区，当超出上述范围时，近场耦合便失去作用，开始过渡到远距离的电磁场。当电子标签逐渐远离读写器，处于读写器的远区时，电磁场将摆脱天线，并作为电磁波进入空间。
& & & 一般情况下的低频和高频RFID天线，是基于近场耦合的概念进行设计。
&低频和高频RFID天线有如下特点。 &&
天线都采用线圈的形式。 &&线圈的形式多样，可以是圆形环，也可以是矩形环。天线的尺寸比芯片的尺寸大很多，电子标签的尺寸主要是由天线决定的。 &&有些天线的基板是柔软的，适合粘帖在各种物体的表面。 &&由天线和芯片构成的电子标签，可以比拇指还小。 &&由天线和芯片构成的电子标签，可以在条带上批量生产。
& & & & 低频系统的工作频率范围为30～300kHz，RFID常见的低频工作频率有125kHz和134.2kHz。低频系统的特点是电子标签外形多样，但电子标签内保存的数据量较少，阅读距离较短，读写器天线方向性不强。
& & & & 高频系统的工作频率范围为3～30MHz，RFID常用的高频工作频率有6.75MHz、13.56MHz和27.125MHz。高频系统的特点是可以传送较大的数据，是目前应用比较成熟、使用范围较广的系统。
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【说明书】：
技术领域本发明涉及一种超高频电子标签天线，特别是涉及一种抗人体干扰的超高频电子标签天线。背景技术作为物联网物理层实现的关键技术，射频识别技术——Radio Frequency Identification(以下简称RFID)，特别是超高频射频识别技术以其成本和性能的优势在最近几年飞速发展。在机场托运行李和行李分拣标签、一些品牌的服装标签、名烟名酒的防伪标签、珠宝的防伪标签、车辆的环保标签识别中，可以越来越多地看到超高射频RFID标签天线和识别芯片。上述应用中，每类物品都需要设计一种不同的超高频RFID电子标签与其匹配。这主要因为超高频电子标签天线对所附着材料的介电常数非常敏感。当标签使用场景发生变化，其附着的物体的材料特性改变，之前设计好的电子标签的性能(主要指读写距离)将会明显降低。超高频RFID电子标签的工作方式基于电磁场的后向散射原理。当电子标签进入读写器发射的电磁场区，标签天线从场中获得能量并为标签芯片供电。标签芯片通过一系列空中接口协议和自身阻抗变换将自身携带的数据调制到超高频电磁波上，并通过天线将其发回读写器。在电子标签的整个工作过程中，标签天线是对其性能影响最大的环节。设计管理人员的超高频电子标签比起设计管理某类物品的电子标签还要困难许多。人体是由水、蛋白质、脂肪、无机质四种成分构成的，其正常比例是：水占55％，蛋白质占20％，体脂肪占20％，无机物占5％。不同的人的身体成分存在差异，同一个人身体的不同部位的成分也不一样。附着于人体上的电子标签天线必须能够适应于不同的人，以及人身上的不同位置。我们知道超高频电子标签天线对所附着材料的介电常数非常敏感。水的相对介电常数非常高，在25℃时水的介电常数为78.4。水的相对介电常数还会随温度而变化，0℃时为87.9，50℃为69.9。人体的各个器官组织由于含水量的差异呈现出不同的介电常数。根据美国联邦通讯委员会发布的数据，在915MHz频率下，对电子标签性能影响较大的人体器官组织的相对介电常数分别为：血液：61.3脂肪：11.3皮肤(干)：41.3皮肤(湿)：46.0肌肉：56.0由此可知，一个性能良好的可以用于人体表面的超高频RFID标签天线应该能够适应于相对介电常数从1(表示自由空间的介电常数)到最恶劣可能的50左右(湿皮肤+肌肉+血液的等效介电常数)的变化。也就是说，需要设计出在超高频频段上具有超大的介电常数带宽的标签天线才可谓是性能良好的。研究人员想了一些办法来设计用于人体表面的RFID标签。专利申请号为.1的名为《一种抗人体干扰的人员管理标签》的专利中，发明人提出在一个RFID标签封装内封装两个超高频RFID标签和1个低频标签，它们存储同样的数据。每个RFID标签天线分段排列，用调谐电容和调节焊盘连接。通过改变调节焊盘和调谐电容来延长电长度的几何走线和改善天线匹配。很明显，这种方法过于复杂，成本太高，不具备量产的价值。专利申请号为.6的名为《执行阻抗匹配以防止性能降低的RFID读取器》的专利也存在同样的问题。其标签芯片需要实时分析天线阻抗失配情况，自动调节天线输入端口电路中阻抗匹配，机制极为复杂，难以实现。专利申请号为.5的名为《具有减少的失谐特征的RFID标签》的专利中，发明人提出一种左右对称的天线结构。该主天线体部分具有相对于彼此基本上对称的两个相反侧部,其中各侧部向外延伸以形成大体侧朝向V形。该结构据悉可以减少高介电常数媒质对天线性能的影响。专利申请号为.8的名为《射频标识标签》的专利，则是在超高频电子标签和人体之间加入了13MHz螺旋环形天线，从而减少了人体的效应。但增加了成本，同时也引起了超高频电子标签和螺旋环形标签之间的相互影响。专利申请号为.3的名为《一种标签装置、服装及跑步记录系统》的专利，本质上利用了双层衬底增加了超高频标签天线与人体皮肤之间的空隙。距离远了自然受人体的影响就小了。同样专利申请号为.5的名为《具有补强结构的无线射频辨识标签》在标签芯片附近增加材料，加厚标签，增加标签天线与人体距离，减小人体对天线性能的影响。此外在一些长跑运动的所用的计时芯片上，也采用了超高频RFID技术。所谓的计时芯片就是超高频RFID电子标签。现有技术的计时芯片都通过在标签上粘贴泡棉的方式，增加标签天线与人体距离，减小人体对天线性能的影响。泡棉最厚的可达到6mm，最薄的泡棉厚度为0.5mm。因泡棉具有一定的厚度，其与通用的RFID电子标签自动化复合难度大，造成成本较高，若采用人工粘贴泡棉的生产方式又会增加人工成本，此外泡棉也会显著增加运输物流的成本。因此，需要提供一种低成本、高性能的超高频电子标签。发明内容本发明主要解决的技术问题是提供一种具有低成本、高性能的超高频电子标签。为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种超高频电子标签天线，包括闭环的短路环、设置于所述短路环的芯片及自所述短路环的左右两侧分别延伸形成的两天线臂，所述短路环设置有第一馈点和第二馈点，所述两天线臂分别自所述设置于短路环的第一馈点和第二馈点延伸出来，所述第一馈点和所述第二馈点相对所述短路环上设置芯片的位置为非对称的两点。作为本发明的优化方案，所述其中一天线臂和所述另一天线臂具有相似结构。作为本发明的优化方案，所述第一馈点和所述第二馈点分别位于所述短路环的通过芯片所在位置的中线的左右两侧。作为本发明的优化方案，所述超高频电子标签天线具有矩形的短路环。作为本发明的优化方案，所述第一馈点和所述第二馈点分别位于所述短路环的两对角顶点。作为本发明的优化方案，所述芯片位于所述短路环的顶侧边的中点处。作为本发明的优化方案，所述第一馈点和与之相对称的馈点所构成的超高频电子标签天线在自由空间中呈现出与芯片共轭匹配的阻抗特性。作为本发明的优化方案，所述第二馈点和与之相对称的馈点所构成的超高频电子标签天线在50左右介电常数的介质体上呈现出与芯片共轭匹配的阻抗特征。作为本发明的优化方案，所述其中一天线臂和所述另一天线臂具有不相似结构。作为本发明的优化方案，所述整个短路环和两天线臂上的电流分布不对称。为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：一种超高频电子标签，设置有如上所述的超高频电子标签天线、包覆于所述超高频电子标签天线外的封装体及将所述封装有超高频电子标签天线的封装体附着于人体衣物的附着件。相对于现有技术，本发明超高频电子标签内封装有超高频电子标签天线，所述超高频电子标签天线具有不对称的第一馈点和第二馈点，可实现天线内电流分布的不对称，进而改变最大辐射方向以减少所述超高频电子标签所附着的人体的影响。附图说明为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明：图1是现有技术中其中一种普通超高频标签天线的示意图。图2是现有技术中另一种普通超高频标签天线的示意图。图3是图1、图2中所示普通超高频标签天线的的三维辐射方向图。图4是图3所示的三维辐射方向图的截面图。图5是本发明超高电子标签天线的结构示意图。图6是本发明超高频电子标签天线的三维辐射方向图。图7是本发明超高频电子标签天线的将第一馈点与芯片进行共轭匹配示意图。图8是本发明超高频电子标签天线的将第二馈点与芯片进行共轭匹配示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本申请技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本申请的限定。如图1及图2所示为现有技术中通常超高频电子标签天线100及超高频电子标签天线200的示意图。所述超高频电子标签天线100和超高频电子标签天线200具有共同特点。所述超高频电子标签天线100和所述超高频电子标签天线200的结构左右对称，且所述超高频电子标签天线100的中部具有短路环110，所述超高频电子标签天线200的中部也具有短路环220。在标签天线的设计中，短路环的功能主要是为了电子标签天线呈现小电阻、大容抗特性输入阻抗，进而为提供更好的共轭匹配，同时还可解决生产过程中产生的ESD(ElectroStatic Discharge)静电问题。所述超高频电子标签天线100的短路环110上具有对称的两个馈点120向外引出两侧的天线臂130。所述超高频电子标签天线200的短路环210上具有对称的两个馈点220向外引出两侧的天线臂230。所述超高频电子标签天线100和所述超高频电子标签天线200为对称偶极子天线，该等天线具有类似苹果状的三维辐射方向图，如图3所示。
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