一种适用于人体的柔性可弯曲RFID标签天线制造技术

一种适用于人体的柔性可弯曲RFID标签天线。该天线由介质衬底和天线单元组成。介质衬底的尺寸是50mm×34mm×0.5mm，介质衬底材料为PVC软塑料，相对介电常数为4；天线单元材料选择铜箔，芯片采用Higgs‑3芯片；组成天线的结构包括辐射元件、环形馈电和匹配网络，环形馈电的长度参数为10mm；所述天线适用于圆柱体人体，如手腕部、胳膊或腿。经过建模仿真及实物测试，所设计天线与选定的标签芯片具有良好的匹配性，天线的工作带宽约为120MHz，可以满足读取要求。

A Flexible Flexible RFID Label Antenna for Human Body

A flexible and flexible RFID tag antenna for human body is presented. The antenna consists of dielectric substrate and antenna elements. The size of the dielectric substrate is 50mm*34mm*0.5mm, the dielectric substrate material is PVC soft plastic, and the relative dielectric constant is 4; the antenna element material is copper foil, and the chip is Higgs_3 chip; the structure of the antenna consists of radiation elements, ring feed and matching network, and the length parameter of the ring feed is 10mm; the antenna is suitable for the cylindrical body, such as wrist, arm or leg. After modeling, simulation and physical testing, the designed antenna has good matching with the selected tag chip. The working bandwidth of the antenna is about 120 MHz, which can meet the reading requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于人体的柔性可弯曲RFID标签天线
本专利技术属于无线电领域，具体涉及一款适用于人体的柔性可弯曲RFID标签天线。
技术介绍
射频识别(RFID)技术是一种基于空间电磁传输的非接触式自动识别和数据采集技术，具有非可视读取、操作距离远、高效和可工作于恶劣环境等优点，近些年来在各种信息化系统中得到广泛应用。由于低功耗电子技术的进步，集成传感和信号处理能力的复杂RFID设备可以代替传统的标记操作。这种RFID系统可以提供实时生物监测(温度，血压，心跳，葡萄糖含量，人类行为)以及跟踪人在医院或家庭环境中的活动。传统的通用标签是在自由空间设计的，但是当需要在人体上应用时，在设计的第一阶段需要考虑由人体耗散和散射引起的强烈的工作模式失真和效率损失。此外，为了便于安装，天线应满足小型化和柔性可弯曲，并且弯曲时其工作性能不能受到太大影响。RFID系统的读取性能，如通信距离、方向性和稳定性等主要取决于天线。因此，设计适用于人体的柔性可弯曲、体积小、读取性能良好的天线具有迫切的现实意义。
技术实现思路
本专利技术目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种适用于人体的柔性可弯曲、体积小、读取性能良好的RFID标签天线，提出的天线结构包括辐射元件，环形馈电和匹配网络，介质衬底材料采用PVC软塑料。本专利技术的技术方案一种适用于人体的柔性可弯曲RFID标签天线。该天线整体尺寸为50mm×34mm×0.5mm，由介质衬底和天线单元组成；所述的介质衬底材料为PVC软塑料，相对介电常数为4；所述的天线单元材料为铜箔，天线线条宽1mm；芯片采用Higgs-3芯片；所述天线单元包括环形馈电10，两个匹配网络20和21及辐射元件30。该天线适用于圆柱体或带弧形的人体部位，如手腕部、胳膊或腿部等。所述环形馈电10尺寸为10mm*6mm，位于介质衬底的一侧中间位置，关于芯片位置左右对称。所述匹配网络20和21关于环形馈电对称，其尺寸为24mm*10mm。所述辐射元件30的结构为矩形，尺寸为23.3mm*34mm。为了使标签天线实现柔性可弯曲及小型化，在已有天线结构的基础上，考虑各几何尺寸之间的关系，设计过程包括：(1)采用HFSS软件建立圆柱体人体模型，设置模型参数；(2)采用HFSS软件建立天线模型，并分析天线的辐射元件，环形馈电和匹配网络三部分的尺寸和位置变化对天线阻抗与芯片阻抗匹配程度的影响，优化变量以获得良好的阻抗匹配程度；(2)采用印刷的方法制作天线样品；(3)采用标签打样机进行芯片绑定，并测试天线贴在人体上的工作性能。通过优化天线的阻抗匹配、回波损耗等参数，综合考虑天线性能和各尺寸参数，最后天线的整体尺寸为50mm×34mm×0.5mm，环形馈电的长度为10mm。本专利技术的优点和积极效果：1、本专利技术所述的柔性可弯曲RFID标签天线，其整体尺寸为50mm×34mm×0.5mm，具有结构简单、体积小等优点；2、本专利技术所述的柔性可弯曲RFID标签天线，采用柔性介质衬底材料，设计过程考虑人体对天线性能的影响，柔性可弯曲，适用于圆柱形人体部位，如手腕部或胳膊。3、本专利技术所述的柔性可弯曲RFID标签天线，工作频带覆盖了超高频频段，可读取频率范围广。附图说明图1为本专利技术柔性可弯曲RFID标签天线几何结构示意图。图2为本专利技术柔性可弯曲RFID标签天线仿真所用的圆柱体人体模型。图3为本专利技术柔性可弯曲RFID标签天线的回波损耗S11仿真结果图。图4为本专利技术柔性可弯曲RFID标签天线的输入阻抗图。图5为本专利技术柔性可弯曲RFID标签天线的参考实物图。图6为本专利技术柔性可弯曲RFID标签天线贴于人体胳膊示意图。图7为本专利技术柔性可弯曲RFID标签天线的S11实测图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，并介绍本专利技术的一个优选实施例：图1显示了本专利技术柔性可弯曲RFID标签天线几何结构示意图。如图1所示，该天线由介质衬底和天线单元组成；介质衬底材料为PVC软塑料，相对介电常数为4，厚度为0.5mm；天线单元材料选择铜箔，天线线条宽1mm；芯片采用Higgs-3芯片。天线单元包括环形馈电10，两个匹配网络20和21及辐射元件30。环形馈电10尺寸为10mm*6mm，位于介质衬底的一侧中间位置，关于芯片位置左右对称。两个匹配网络20和21关于环形馈电对称，其尺寸为24mm*10mm。辐射元件30的结构为矩形，尺寸为23.3mm*34mm。设置天线模型为理想导体边界PerfectE，激励方式设置为集总端口激励(LumepedPort)。为了分析本专利技术天线的辐射场，设置辐射空间为air，辐射边界距离天线模型为3/4个波长。图2显示了仿真人体模型结构示意图，从最外面到最里面分别为皮肤层、肌肉层、骨骼层。表1为人体各组织参数(以胳膊为例)。表1圆柱体人体模型结构参数表利用电磁仿真软件HFSS建立天线模型和圆柱体人体模型，优化调整参数，得到最终天线仿真结果如下。图3为天线回波损耗S11仿真结果图。可见天线的工作频段覆盖了符合设计要求。图4为天线输入阻抗图，在谐振频率为915MHz处，天线的输入阻抗ZA为ZA＝25.1+j198.5Ω，与选定的标签芯片具有良好的共轭性。图5显示了本专利技术柔性可弯曲RFID标签天线实物图。如图5所示，天线单元的材料选择铜，介质采用PVC软塑料，芯片采用Alien公司的Higgs-3芯片，利用标签打样机将芯片绑定在天线馈电缝隙处。标签(整个偶极子天线)的尺寸为50mm×34mm×0.5mm。图6显示了将本专利技术柔性可弯曲RFID标签天线实物置于人体胳膊测试图。使用固定式读写器进行实测，读取距离可达到3m，满足读取要求。图7为测试的回波损耗S11情况。综上所述，本专利技术所设计的柔性可弯曲RFID标签天线，考虑了人体对天线性能的影响，通过建立圆柱体人体模型并将天线置于模型表面进行仿真，采用柔性介质板材料，所得天线具有柔性可弯曲、结构简单、小型化等优点，适用于圆柱体人体模型，如手腕部或胳膊。另外，本专利技术柔性可弯曲RFID标签天线可读取频率覆盖了超高频频段，读取距离最远可达3m，可贴敷于人体，以提供实时生物监测以及跟踪人在医院或家庭环境中的活动。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于人体的柔性可弯曲RFID标签天线，其特征在于该天线整体尺寸为50mm×34mm×0.5mm，由介质衬底和天线单元组成；介质衬底材料为PVC软塑料，相对介电常数为4；天线单元材料选择铜箔，天线线条宽1mm；芯片采用Higgs‑3芯片；所述天线单元包括环形馈电(10)，两个匹配网络(20和21)及辐射元件(30)。

【技术特征摘要】
1.一种适用于人体的柔性可弯曲RFID标签天线，其特征在于该天线整体尺寸为50mm×34mm×0.5mm，由介质衬底和天线单元组成；介质衬底材料为PVC软塑料，相对介电常数为4；天线单元材料选择铜箔，天线线条宽1mm；芯片采用Higgs-3芯片；所述天线单元包括环形馈电(10)，两个匹配网络(20和21)及辐射元件(30)。2.根据权利要求1所述的适用于人体的柔性可弯曲RFID标签天线，其特征在于，所述环形馈电(10)尺寸为10mm*6mm，位于介质衬底的一侧中间位置，关于芯片位置左右对称。3.根据权利要求1所述的适用于人体的柔性可弯曲RFID标签天线，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：轩秀巍，王玮，李琨，花宇杰，王康强，吴秋海，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12