《電子技術(shù)應(yīng)用》
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面向干式水表產(chǎn)品追溯的RFID標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第9期
王 翠,洪 濤
中國計(jì)量大學(xué) 質(zhì)量與安全工程學(xué)院,浙江 杭州310018
摘要: 為了實(shí)現(xiàn)干式水表制造過程產(chǎn)品追溯,以便對(duì)干式水表的質(zhì)量和數(shù)量進(jìn)行有效監(jiān)測,根據(jù)干式水表的內(nèi)部結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了一款性能滿足干式水表產(chǎn)品追溯的小型化抗金屬超高頻PCB RFID標(biāo)簽。該標(biāo)簽天線采用彎折偶極子結(jié)構(gòu),可嵌入到水表中。為改善金屬環(huán)境中RFID標(biāo)簽天線的性能,基于干式水表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和尺寸的約束,通過對(duì)天線電小環(huán)進(jìn)行內(nèi)凹彎折結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、調(diào)試與仿真,發(fā)現(xiàn)對(duì)天線中心頻點(diǎn)和回波損耗的影響程度,實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽天線的小型化設(shè)計(jì)。對(duì)標(biāo)簽天線樣品實(shí)物進(jìn)行實(shí)際距離測試和天線最低激活功率測試,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的標(biāo)簽天線嵌入水表后的最大識(shí)讀距離為3.2 m,實(shí)際中心頻點(diǎn)為900 MHz,滿足產(chǎn)品追溯的識(shí)讀要求。
中圖分類號(hào): TN820
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.201197
中文引用格式: 王翠,洪濤. 面向干式水表產(chǎn)品追溯的RFID標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2021,47(9):101-104,116.
英文引用格式: Wang Cui,Hong Tao. Design of RFID tag antenna for quality traceability of dry-type water meter[J]. Application of Electronic Technique,2021,47(9):101-104,116.
Design of RFID tag antenna for quality traceability of dry-type water meter
Wang Cui,Hong Tao
College of Quality & Safety Engineering,China Jiliang University,Hangzhou 310018,China
Abstract: In order to achieve the quality traceability of the dry-type water meter manufacturing process, so as to effectively monitor the quality and quantity of the dry-type water meter, according to the internal structure of the dry-type water meter, a miniaturized metal-resistant ultra-high frequency(UHF) printed circuit board(PCB)radio frequency identification(RFID) tags with performance to meet the quality traceability of the dry-type water meter is designed. The tag antenna adopts a bent dipole structure and can be embedded in a water meter. To improve the performance of RFID tag antennas in metal environments, based on the internal structure and size constraints of dry water meters, through the design, debugging and simulation of the concave bending structure of the antenna electric small loop, it discovers the degree of influence on the antenna center frequency and return loss, and realizes the miniaturization design of the tag antenna. The actual distance test and the minimum activation power test of the tag antenna sample verify that the maximum reading distance of the designed tag antenna after being embedded in the water meter is 3.2 m, and the actual center frequency is 900 MHz, which meets the reading requirements for quality traceability.
Key words : bent dipole antenna;dry-type water meter;metal-resistant;miniaturization;printed circuit board(PCB)

0 引言

    干式水表,是指水表計(jì)量機(jī)構(gòu)采用磁性元件傳動(dòng),計(jì)數(shù)器不與被計(jì)量水接觸的一種旋翼式水表,具有讀數(shù)清晰、抄表方便、計(jì)量精確、經(jīng)久耐用等特點(diǎn),從而被廣泛采用[1-2]。為了保證干式水表的全生命周期產(chǎn)品追溯,必須將RFID電子標(biāo)簽安裝在干式水表內(nèi)部,但干式水表內(nèi)部存在鼓輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸、葉輪磁片等金屬元件。在RFID超高頻系統(tǒng)中,射頻信號(hào)對(duì)金屬環(huán)境[3-4]十分敏感,當(dāng)標(biāo)簽天線接近金屬表面時(shí),因電磁感應(yīng)的影響,金屬會(huì)產(chǎn)生渦流[5-6],生成自身感應(yīng)磁場,導(dǎo)致磁力線趨于平緩[7-8],無法穿過標(biāo)簽天線,RFID標(biāo)簽無響應(yīng)。這給應(yīng)用于干式水表的RFID電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)帶來了難度。一種用于手術(shù)刀的RFID抗金屬標(biāo)簽天線[9]總體尺寸為66 mm×5 mm,采用短路短截線結(jié)構(gòu),應(yīng)用高介電常數(shù)介質(zhì)基板達(dá)到小型化目的,可嵌入金屬或者貼敷于金屬表面,最大讀距為1 m,但該抗金屬標(biāo)簽天線尺寸較大,且讀距較小,不適用于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的干式水表。一種抗金屬標(biāo)簽應(yīng)用短路環(huán)偶極子天線結(jié)構(gòu)[10],其尺寸為76 mm×3 mm,靠近金屬表面,采用FR4材質(zhì),在-10 dB處帶寬為101 MHz,具有較好的抗金屬效果,但其天線結(jié)構(gòu)因干式水表固定裝置和機(jī)芯的干擾無法在水表中實(shí)現(xiàn)。




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作者信息:

王  翠,洪  濤

(中國計(jì)量大學(xué) 質(zhì)量與安全工程學(xué)院,浙江 杭州310018)




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