專利名稱：多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶uhf rfid電子標簽天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻識別電子標簽天線，具體是涉及一種可應(yīng)用在超高頻段(UHF) 范圍內(nèi)，可直接應(yīng)用在多種環(huán)境下的寬帶UHF電子標簽天線。
背景技術(shù)：
射頻識別技術(shù)是非接觸式的識別，是一種通過無線射頻方式進行非接觸式的雙向數(shù)據(jù) 通信，對目標加以識別并獲取相關(guān)信息的自動識別技術(shù)。射頻識別系統(tǒng)主要由閱讀器、中 間件以及電子標簽三部分所組成。電子標簽由片上天線及集成芯片組成，通過電磁波與閱 讀器進行數(shù)據(jù)交換，具有智能讀寫和加密通信功能。天線是一種以電磁波形式把前端射頻 信號功率接收或者發(fā)射出去的裝置，是電路與空間的界面器件，用來實現(xiàn)導(dǎo)行波與自由空 間波能量的轉(zhuǎn)化。在RFID系統(tǒng)中，電子標簽天線承擔(dān)接收能量的作用，對整個RFID系 統(tǒng)起關(guān)鍵作用。
目前，射頻識別的工作頻率包括低頻，高頻，超高頻及微波頻段，尤其以高頻和超高 頻的應(yīng)用最為廣泛。射頻識別標簽按照供電原理可以分為主動(有源)標簽和被動(無源) 標簽。主動標簽自身攜帶電池為其提供讀寫器通信所需的能量；被動標簽則采用反向散射 工作方式，即通過電子標簽天線從讀寫器中發(fā)出的電磁波獲得能量激活芯片，并調(diào)節(jié)射頻 識別標簽芯片與電子標簽天線的匹配程度，將儲存在標簽芯片中的信息反饋給讀寫器。因 此，射頻識別電子標簽天線的阻抗必須與標簽芯片的輸入阻抗共軛匹配，以使得標簽芯片 能夠最大限度地獲得射頻識別讀寫器所發(fā)出的電磁能量。此外，超高頻波段的射頻對金屬 非常敏感，導(dǎo)致目前這種工作頻率的被動標簽無法在具有金屬表面的物體上正常工作。射 頻識別應(yīng)用最為廣泛的物流行業(yè)多為金屬環(huán)境，所以金屬敏感性這一缺點大大限制了其在 物流行業(yè)的應(yīng)用。
鐵氧體磁性材料的應(yīng)用很廣泛，可用于電聲、電信、電表、電機中，還可作記憶元件、 微波元件等?？捎糜谟涗浾Z言、音樂、圖像信息的磁帶、計算機的磁性存儲設(shè)備、乘客乘 車的憑證和票價結(jié)算的磁性卡等。就目前技術(shù)而言，沒有直接將鐵氧體材料應(yīng)用于電子標 簽天線的設(shè)計。開發(fā)適合于多種芯片、低成本、多用途的電子標簽天線是射頻識別得到廣 泛普及的關(guān)鍵技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點，提供一種多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶射頻 識別電子標簽天線。本發(fā)明具有寬帶特性，能工作于多種環(huán)境中，在多種環(huán)境下覆蓋多個 不同地區(qū)的UHFRFID工作頻段。本發(fā)明工作在非金屬表面環(huán)境下可達到10%的相對帶 寬，回波損耗〈7.4dB;工作在金屬表面環(huán)境下可達到9.9%的相對帶寬，回波損耗〈7.4dB。 本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)
多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶UHF RFID電子標簽天線，其包括上介質(zhì)基板和下介質(zhì)基板， 上介質(zhì)基板和下介質(zhì)基板之間設(shè)有泡沬材料層；所述下介質(zhì)基板為鐵氧體磁性材料，下介 質(zhì)基板的上表面貼有銅皮地板；上介質(zhì)基板的上表面附著兩個均帶有T型縫隙的輻射銅 片；所述兩個輻射銅片各開有一缺口，該兩缺口分別位于兩T型縫隙下方，兩個輻射銅 片分開布置于上介質(zhì)基板的上表面且相互對稱;兩個輻射銅片各自通過一銅皮短路片連接 到銅皮地板；兩個輻射銅片的所述缺口處各自通過一微帶線連接至銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)，銅皮匹 配網(wǎng)絡(luò)上設(shè)有天線輸入端口。
上述多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶UHF RFID電子標簽天線中，所述銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)帶有去除 銅皮的"一"字型縫隙，縫隙大小滿足電子標簽天線的阻抗與相連的標簽芯片阻抗相匹配。
上述多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶UHFRFID電子標簽天線中，所述缺口為長方形。
上述多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶UHFRFID電子標簽天線中，所述兩銅皮短路片(21、 22) 分別位于所述銅皮地板(31)兩側(cè)邊上方且左右對稱。
所述左右對稱輻射單元之間間距寬度可調(diào)。
所述對稱放置的銅皮短路片寬度和位置可調(diào)。
相對于現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果
(1) 本發(fā)明引入了帶有"一"字型縫隙的銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)節(jié)銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)縫 隙大小，用于調(diào)整電子標簽天線的輸入阻抗，使天線的阻抗很好地與電子標簽芯片的輸入 阻抗共軛匹配，使天線具有較大的帶寬。
(2) 本發(fā)明下介質(zhì)基板的上表面貼有銅皮，使其成為反射面板，從而使得金屬不但 不會影響標簽的讀出效果，反而能使金屬反射的電磁場與標簽天線的場疊加，達到使標簽 天線的閱讀距離進一步提高的效果，實現(xiàn)電子標簽可直接應(yīng)用于金屬表面的功能。同時， 現(xiàn)有技術(shù)中尚沒有直接將鐵氧體材料應(yīng)用于電子標簽天線的設(shè)計，經(jīng)多次深入研究，本發(fā) 明下介質(zhì)基板采用鐵氧體磁性材料。鐵氧體材料吸收電磁波能力強，而反射，折射，散射 透射都很小。大量實驗表明，采用鐵氧體磁性材料作為下介質(zhì)基板并結(jié)合本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以吸收和阻止金屬面的高頻反射波能量，使得最終的返回信號不會受到金屬表面反 射波的干擾，使讀寫標簽卡靈敏度大為提高。
(3) 本發(fā)明能夠用于多種非金屬表面環(huán)境下，如自由空間，玻璃，水，橡膠表面， 可同時涵蓋歐洲的866 869MHz的射頻識別系統(tǒng)，中國的920~925MHz射頻識別系統(tǒng)和 北美的902 928MHz的射頻識別系統(tǒng)；本發(fā)明電子標簽天線應(yīng)用于非金屬表面，可達到 10%的相對帶寬，回波損耗〈7.4dB，最大閱讀距離可達6.5米；
(4) 本實用新型還具有低剖面、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、容易加工、成本低的特點。


圖1為本發(fā)明多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶UHFRPID電子標簽天線的整體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖1中上介質(zhì)基板的俯視圖。 圖3為圖1中下介質(zhì)基板的俯視圖。 圖4為圖1的左右視圖。
圖5為本發(fā)明多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶UHF RFID電子標簽天線在自由空間和金屬表面 的回波損耗圖。 具體實施方案
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。 圖1為本發(fā)明多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶UHF RFID電子標簽天線的整體結(jié)構(gòu)示意圖。如 圖1所示，帶有多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶UHFRFID電子標簽天線包括上介質(zhì)基板1、泡沫材 料層2和下介質(zhì)基板3。下介質(zhì)基板3為鐵氧體磁性材料。帶有雙T型縫隙15、 16輻射 單元的左右對稱輻射銅片，貼在上介質(zhì)基板1的上表面；介質(zhì)基板1的背面沒有銅皮；銅 皮地板貼在下介質(zhì)基板3的上表面；帶有去除銅皮T型縫隙的銅皮輻射單元分別通過對 稱銅皮短路片21、 22連接到銅皮地板；介質(zhì)基板層上表面的對稱銅皮輻射單元兩個輻射 銅片各開有一缺口，該兩缺口位于T型縫隙下方；兩個輻射銅片的缺口處分別經(jīng)左右微 帶線13、 14連接至銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)17;銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)通過天線輸入端口 19直接連接射頻 識別芯片。用于改善當標簽天線放置于金屬表面性能的泡沫材料空氣層2介于上介質(zhì)基板 1和下介質(zhì)基板3之間，用于減小當標簽天線放置于金屬表面時，金屬表面對天線的衰減， 改善標簽天線的性能。
圖2為圖1中上介質(zhì)基板1的俯視圖。根據(jù)平面偶極子天線的諧振原理，當天線長度 等于諧振頻率點波長的1/4或者1/2時都會引起諧振。左右輻射單元對角線的長度加上微
5帶線及匹配網(wǎng)絡(luò)的長度等于卯0MHz頻率點的1/2波長，故該天線諧振于900MHz頻段。 左右對稱輻射貼片單元11、 12為開有T型縫隙的銅皮，左右輻射單元ll、 12的大小可 控制天線的工作頻段；微帶線13連接左輻射單元11和匹配網(wǎng)絡(luò)17，微帶線14連接右輻 射單元12和匹配網(wǎng)絡(luò)17;微帶線的長度可控制天線的工作頻段，增加微帶線的長度，諧 振頻率下降，反之，諧振頻率增大；銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)17由中間去除銅皮的"一"字型縫隙 18的矩形銅片組成，根據(jù)雙電感r型匹配網(wǎng)絡(luò)等效原理圖的原理，"一"字型縫隙18的 長度和寬度越大，天線的輸入阻抗越大，反之，天線的輸入阻抗越小，通過調(diào)節(jié)"一"字 型縫隙18的長度和寬度，可適應(yīng)不同阻抗的芯片；去除銅皮的天線輸入端口 19位于匹配 網(wǎng)絡(luò)17，天線輸入端口 19直接連接射頻芯片，發(fā)射信號時，信號從天線輸入端口饋入， 經(jīng)過匹配網(wǎng)絡(luò)17和左右微帶線13、 14饋入左右輻射單元11、 12，從而引起諧振，將電 流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ㄐ盘?。接收信號時，左右輻射單元ll、 12將電磁波信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?信號，電流經(jīng)過左右微帶線13、 14傳輸至銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)17，經(jīng)過銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)17的調(diào) 整，使天線輸入端口 19處的天線輸入阻抗與所連接的射頻識別標簽芯片的輸入阻抗共軛 匹配，最終令標簽天線所接收的信息能量以電流的形式最大程度地饋給射頻識別標簽芯片 的輸入端，以激活射頻識別標簽芯片并使之工作。
圖3為圖1中下介質(zhì)基板3的俯視圖。下介質(zhì)基板上表面貼有銅皮地板，下表面沒有 附銅。下介質(zhì)基板為鐵氧體磁性材料，采用鐵氧體磁性材料作為下介質(zhì)基板，可以吸收和 阻止金屬面的高頻反射波能量，使得最終的返回信號不會受到金屬表面反射波的干擾，最 終使讀寫標簽卡靈敏度大為提高。
圖4為圖1的左右視圖。如圖4所示，可用于金屬表面的射頻識別電子標簽天線包括 上介質(zhì)基板l、泡沫材料層2和下介質(zhì)基板3;對稱銅皮輻射單元ll、 12分別通過對稱銅 皮短路片21、 22連接到銅皮地板31，對稱放置的銅皮短路片21、 22用于平衡輻射貼片 單元上的電流分布，可以調(diào)節(jié)天線的阻抗和諧振頻率。
圖5為本發(fā)明多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶UHF RFID電子標簽天線在自由空間和金屬表面 的回波損耗圖。如圖所示，本發(fā)明電子標簽天線應(yīng)用于自由空間，可達到10%的相對帶 寬，回波損耗< 7.4dB，可同時涵蓋歐洲的866 869MHz的射頻識別系統(tǒng)，中國的 920~925MHz射頻識別系統(tǒng)和北美的902 928MHz的射頻識別系統(tǒng)；本發(fā)明電子標簽天 線應(yīng)用于金屬表面，可達到9.9%的相對帶寬，回波損耗〈7.4dB，可同時涵蓋歐洲的866 869MHz的射頻識別系統(tǒng)，中國的920~925MHz射頻識別系統(tǒng)和北美的902 928MHz的 射頻識別系統(tǒng)。本發(fā)明能夠用于多種環(huán)境下，在非金屬和金屬表面都可同時涵蓋歐洲的866 869MHz的射頻識別系統(tǒng)，中國的920~925MHz射頻識別系統(tǒng)和北美的902 928MHz的 射頻識別系統(tǒng)；本發(fā)明工作在非金屬表面環(huán)境下可達到10%的相對帶寬，回波損耗< 7.4dB，最大閱讀距離6.5米；工作在金屬表面環(huán)境下可達到9.9%的相對帶寬，回波損耗 <7.4dB，最大閱讀距離6米。本發(fā)明還具有低剖面、體積小、結(jié)構(gòu)簡單的特點。
權(quán)利要求
1、多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶UHF RFID電子標簽天線，其特征在于包括上介質(zhì)基板(1)和下介質(zhì)基板(3)，上介質(zhì)基板(1)和下介質(zhì)基板(3)之間設(shè)有泡沫材料層(2)；所述下介質(zhì)基板(3)為鐵氧體磁性材料；下介質(zhì)基板(3)的上表面貼有銅皮地板(31)；上介質(zhì)基板(1)的上表面附著兩個均帶有T型縫隙(15、16)的輻射銅片(11、12)；所述兩個輻射銅片(11、12)各開有一缺口，該兩缺口分別位于兩T型縫隙(15、16)下方，兩個輻射銅片(11、12)分開布置于上介質(zhì)基板(1)的上表面且相互對稱；兩個輻射銅片(11、12)各自通過一銅皮短路片(21、22)連接到銅皮地板(31)；兩個輻射銅片(11、12)的所述缺口處各自通過一微帶線(13、14)連接至銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)(17)，銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)(17)上設(shè)有天線輸入端口(19)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶UHFRFID電子標簽天線，其特征在 于所述銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)(17)帶有去除銅皮的"一"字型縫隙(18)，縫隙大小滿足電子標 簽天線的阻抗與相連的標簽芯片阻抗相匹配。 .
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶UHFRFID電子標簽天線，其特征在于所述缺口為長方形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶UHFRFID電子標簽天線，其特征在 于所述兩銅皮短路片(21、 22)分別位于所述銅皮地板(31)左右兩側(cè)上方且相互對稱。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多應(yīng)用環(huán)境下的寬帶UHF RFID電子標簽天線，包括上介質(zhì)基板和下介質(zhì)基板和泡沫材料層；所述下介質(zhì)基板為鐵氧體磁性材料，下介質(zhì)基板的上表面貼有銅皮地板；上介質(zhì)基板的上表面附著兩個均帶有T型縫隙的輻射銅片；所述兩個輻射銅片各開有一缺口，該兩缺口位于T型縫隙下方，兩個輻射銅片分開布置于上介質(zhì)基板的上表面且相互對稱；兩個輻射銅片各自通過一銅皮短路片連接到銅皮地板；兩個輻射銅片的所述缺口處各自通過一微帶線連接至銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)，銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)有天線輸入端口。本發(fā)明體積小、結(jié)構(gòu)簡單，具有寬帶特性，能在多種工作環(huán)境下覆蓋多個不同地區(qū)的UHF RFID工作頻段，讀寫標簽卡靈敏度高。
文檔編號H01Q1/38GK101308951SQ20081002916
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者胡斌杰, 陳秋珍 申請人:華南理工大學(xué)