專利名稱：帶有ebg結(jié)構(gòu)的射頻識別電子標(biāo)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(biāo)簽天線，具體是涉及一種可應(yīng)用在超高頻 段(UHF)范圍內(nèi)，可以同時(shí)工作于北美(866-869 MHz)以及歐洲頻段(902-928
MHz)，并可方便應(yīng)用于多種環(huán)境下的射頻識別電子標(biāo)簽天線。
背景技術(shù)：
射頻識別(RFID)技術(shù)，是一種通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸式的雙向數(shù) 據(jù)通信，對目標(biāo)加以識別并獲取相關(guān)信息的自動識別技術(shù)。射頻識別技術(shù) (RFID)在近幾年內(nèi)被迅速推廣，廣泛應(yīng)用于物流、倉庫等的物品識別的場合， 幫助該類行業(yè)信息化、高速化收集、管理物品的信息，以實(shí)現(xiàn)對物品的高效率 的管理和調(diào)度。射頻識別系統(tǒng)主要由閱讀器、中間件以及電子標(biāo)簽三部分所組 成。電子標(biāo)簽由片上天線及集成芯片組成，通過電磁波與閱讀器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換， 具有智能讀寫和加密通信功能。天線以電磁波形式把前端射頻信號功率進(jìn)行收 發(fā)，是電路與空間的界面器件，用來實(shí)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(biāo)簽天線承擔(dān)接收能量的作用，對整個(gè)RFID系統(tǒng)起關(guān)鍵作 用。周期波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，指邊界條件沿傳播方向周期性的出現(xiàn)完全相同的不均勻性， 已經(jīng)被廣泛用于許多微波元部件中，如濾波器、天線、放大器等。人們將光學(xué) 領(lǐng)域的帶隙結(jié)構(gòu)引入到微波電路，即電磁帶隙(EBG， electromagnetic band-gap) 結(jié)構(gòu)。由于EBG周期結(jié)構(gòu)的最主要的特征是某一頻率范圍內(nèi)的波不能在此周 期性結(jié)構(gòu)中傳播，也就是此種結(jié)構(gòu)本身存在"禁帶"。因此，將EBG用于微帶 天線時(shí)具有抑制表面波和抑制諧波、改善天線的增益與帶寬，同時(shí)可以減弱周 圍環(huán)境對天線影響等作用。
目前微波段RFID標(biāo)簽天線在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中存在三大難點(diǎn)。第一，全球各 地區(qū)對UHF RFID頻率段的規(guī)定不同，例如840 MHz 845 MHz(中國)、920 MHz
3925 MHz (中國)、866 MHz 869 MHz (歐洲)、902 MHz 928 MHz (美國)等。 隨著全球物流的發(fā)展，貼著RFID標(biāo)簽的物品要在全球范圍內(nèi)被輕易識別，就 必須要求RFID標(biāo)簽天線自身具備能覆蓋上述各頻率段的寬工作頻率帶寬的特 性。但是，RFID標(biāo)簽芯片的輸入阻抗通常有著很大的容性電抗和較小的電阻， 構(gòu)成了諧振頻率點(diǎn)處的高Q值效應(yīng)。所以，要把RFID標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)成能克服 此高Q值效應(yīng)而具有寬工作頻率帶寬的特性是一個(gè)不好解決的難題。第二， RFID標(biāo)簽在實(shí)際應(yīng)用中會被粘貼于不同電介質(zhì)屬性的各種物品的表面。物品 的不同的電介質(zhì)屬性會對RFID標(biāo)簽天線的性能產(chǎn)生不同程度的惡化。尤其是 金屬物品所帶來的性能惡化尤為嚴(yán)重，會導(dǎo)致RFID標(biāo)簽沒法被識別，降低了 RFID系統(tǒng)對物品的識別成功率。而傳統(tǒng)的柔性板天線在金屬表面無法工作， 這就需要設(shè)計(jì)能工作與金屬表面的天線RFID標(biāo)簽天線，而創(chuàng)造性的將RFID 天線與EBG結(jié)構(gòu)結(jié)合則可以解決對環(huán)境的敏感問題。第三，由于環(huán)境的復(fù)雜性， 導(dǎo)致了電子標(biāo)簽閱讀距離的減小。為了增加電子標(biāo)簽的有效閱讀距離，有必要 提高標(biāo)簽天線的增益以便滿足上述需求。目前所用的微帶天線，雖然能在金屬 表面工作，但天線的增益低，其閱讀距離較短。因此有必要設(shè)計(jì)增益較高的天 線滿足實(shí)際需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種使整個(gè)天線的增益和閱 讀距離都可以達(dá)到指標(biāo)要求，可以應(yīng)用在超高頻頻段射頻識別系統(tǒng)閱讀器中， 且可以工作于多種環(huán)境下的帶有EBG結(jié)構(gòu)的射頻識別電子標(biāo)簽天線。
本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
帶有EBG結(jié)構(gòu)的射頻識別電子標(biāo)簽天線，包括三T型輻射貼片天線和EBG 結(jié)構(gòu)，三T型輻射貼片天線位于EBG結(jié)構(gòu)上端；所述三T型輻射貼片天線的左 輻射貼片和右輻射貼片位于上介質(zhì)層的上表面，通過一個(gè)T型縫隙分隔，且關(guān) 于T型縫隙對稱；左輻射貼片和右輻射貼片分別通過左短路片和右短路片連接 到第一銅皮地板；左短路片和右短路片分別位于第一銅皮地板左右兩側(cè)；T型
4縫隙為位于上介質(zhì)層的上表面的一個(gè)倒T型缺口，缺口的左右兩側(cè)分別設(shè)有左
T型縫隙和右T型縫隙，T型縫隙下部中央設(shè)有銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)，左輻射貼片和
右輻射貼片分別通過左微帶線和右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。
所述下層的EBG結(jié)構(gòu)包括上層介質(zhì)和下層介質(zhì)，在上層介質(zhì)的上表面均勻 地間隔設(shè)有3X4個(gè)正方形銅片，在上層介質(zhì)和下層介質(zhì)兩層中間夾層均勻地 間隔設(shè)有4X5個(gè)方形銅片，上層介質(zhì)上表面處的一正方形銅片的中心位于夾 層每四個(gè)正方形銅片的中心處；下層介質(zhì)的下表面貼有第二銅皮地板，上層介 質(zhì)的正方形銅片與下層介質(zhì)的方形銅片都通過過孔與第二銅皮地板連接。 為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，所述左輻射貼片和右輻射貼片優(yōu)選為銅片。 所述三T型輻射貼片天線優(yōu)選位于EBG結(jié)構(gòu)上端l-2mm。 所述正方形銅片和方形銅片的邊長都優(yōu)選為25mm-30mm。 所述T型縫隙的縱向缺口部分寬度為5mm-IO腿。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果
(1) 將標(biāo)簽天線置于EBG結(jié)構(gòu)上，利用EBG結(jié)構(gòu)的反射特性，可以降低 金屬表面對天線性能的影響，從而使置于EBG結(jié)構(gòu)之上的天線不但可以很好的 工作于自由空間，也可以正常工作于金屬表面。
(2) EBG結(jié)構(gòu)具有高阻抗表面的特性，從而可以減小表面波損耗，提高 了天線的增益。
(3) 本發(fā)明能夠用于超高頻(UHF)頻段的射頻識別系統(tǒng)，可同時(shí)涵蓋歐 洲的866 869MHz的射頻識別系統(tǒng)和北美的902 928MHz的射頻識別系統(tǒng)，在 自由空間和金屬表面閱讀距離都達(dá)到6米以上。
(4) 標(biāo)簽天線最上層的貼片上形成的三個(gè)T型縫隙。兩銅皮短路分別位 于第一銅皮地板左右兩側(cè)上方且相互對稱。銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)，縫隙大小滿足電子 標(biāo)簽天線的阻抗與相連的標(biāo)簽芯片阻抗相匹配。EBG結(jié)構(gòu)包括周期性的兩層正 方形金屬貼片和地板以及它們之間的介質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)使天線對金屬環(huán)境的敏感度降低，因此可以同時(shí)工作于自由空間與金屬兩種環(huán)境中。


圖1為本發(fā)明帶有EBG結(jié)構(gòu)的射頻識別電子標(biāo)簽天線的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖1中貼片天線的俯視圖。
圖3為圖1中下層EBG結(jié)構(gòu)的一個(gè)單元晶格結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為圖1中下層EBG結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
如圖l、 2所示，帶有EBG結(jié)構(gòu)的射頻識別電子標(biāo)簽天線包括三T型輻射 貼片天線和EBG結(jié)構(gòu)，三T型輻射貼片天線位于EBG結(jié)構(gòu)上端，二者之間為了 加工方便設(shè)有1到2毫米的間隔。其中，三T型輻射貼片天線包括上介質(zhì)層1、 下介質(zhì)層2、第一銅皮地板3、帶有3個(gè)T型縫隙和匹配網(wǎng)的左輻射貼片4、 右輻射貼片5、左短路片6和右短路片7。左輻射貼片4和右輻射貼片5為銅 片，位于上介質(zhì)層l的上表面，通過一個(gè)大的T型縫隙18分隔，且關(guān)于T型 縫隙18對稱；左輻射貼片4和右輻射貼片5分別通過左短路片6和右短路片 7連接到第一銅皮地板3;左短路片6和右短路片7分別位于第一銅皮地板3 左右兩側(cè)。T型縫隙18為位于上介質(zhì)層1的上表面的一個(gè)倒T型缺口，缺口 的左右兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)小的左T型縫隙16和右T型縫隙17， T型縫隙18 下部中央設(shè)有銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)8，左輻射貼片4和右輻射貼片5分別通過左微帶 線19和右微帶線20連接至銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)8，銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)8上設(shè)有天線輸入 端口9，射頻識別天線的芯片貼于天線輸入端口9。左輻射貼片4和右輻射貼 片5之間的T型縫隙18的縱向缺口部分寬度為5mm-10mm (即T型縫隙18的 "T"型豎線部分寬度)，該寬度起到調(diào)節(jié)中心頻率和調(diào)節(jié)實(shí)部匹配的作用，該 寬度在5-10mm范圍內(nèi)變化時(shí)，中心頻率也隨之在915MHz左右變化。缺口越寬， 中心頻率越高，實(shí)部越?。环粗?，缺口越窄，中心頻率點(diǎn)將往左偏移，實(shí)部越大。通過調(diào)節(jié)天線和芯片的匹配，可以增大天線的帶寬，從而使之完整覆蓋歐
洲的866 869MHz的射頻識別系統(tǒng)和北美的902 928MHz的射頻識別系統(tǒng)。左T型縫隙16和右T型縫隙17起到增大電流電長度的作用，表現(xiàn)在天線的整體性能上，即擴(kuò)大的帶寬并降低的回波損耗。還可以通過調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)8的尺寸，來調(diào)節(jié)整個(gè)天線的輸入阻抗，使之與放置在端口 9處的芯片的阻抗達(dá)到匹配。如圖3、 4所示，下層的EBG結(jié)構(gòu)包括上層介質(zhì)lO和下層介質(zhì)ll，在上層介質(zhì)10的上表面均勻地間隔設(shè)有3X4個(gè)正方形銅片12，在上層介質(zhì)10和下層介質(zhì)11兩層中間夾層均勻地間隔設(shè)有4X5個(gè)方形銅片13，上層介質(zhì)10上表面處的一正方形銅片12的中心位于夾層每四個(gè)正方形銅片的中心處。下層介質(zhì)11的下表面貼有第二銅皮地板14，上層介質(zhì)10的正方形銅片12與下層介質(zhì)11的方形銅片13都通過過孔與第二銅皮地板14連接。通過調(diào)整正方形銅片12和方形銅片13的尺寸，以及上層介質(zhì)10和下層介質(zhì)11兩層介質(zhì)板的介電常數(shù)來調(diào)節(jié)EBG結(jié)構(gòu)的中心頻率。正方形銅片12和方形銅片13的邊長為25mm-30ram。 EBG的這種結(jié)構(gòu)使其具有高表面阻抗的特性，EBG結(jié)構(gòu)使得某一特定頻率范圍內(nèi)的波不能在此結(jié)構(gòu)中傳播，從而抑制表面波，提高天線的性能，并減小了金屬對天線的影響，使天線工作于多種環(huán)境中。同時(shí)，由于三個(gè)T型縫隙的存在，起到增大電流電長度的作用，表現(xiàn)在天線的整體性能上，即擴(kuò)大的帶寬并降低的回波損耗同時(shí)增大了閱讀距離，使天線在自由空間和金屬表面閱讀距離都達(dá)到6米以上。
接收RFID讀寫器天線發(fā)射過來的電磁波信號時(shí)，兩塊鏡像對稱的左輻射貼片4和右輻射貼片5的表面被激勵(lì)起對稱平衡的電流分布，該電流經(jīng)過銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)8的分流和調(diào)整作用，使天線輸入端口 9處的天線輸入阻抗與所連接的RFID標(biāo)簽芯片的輸入阻抗共軛匹配，最終令此標(biāo)簽天線所接收的信息能量以電流的形式最大程度地饋給RFID標(biāo)簽芯片的輸入端，以激活RFID標(biāo)簽芯片并使之工作。在向RFID讀寫器天線發(fā)送電磁波信號時(shí)，以反向散射的通信方式應(yīng)答RFID讀寫器，標(biāo)簽天線調(diào)制反射RFID讀寫器天線發(fā)送來的無調(diào)制載波信號，當(dāng)中RFID標(biāo)簽芯片按照要發(fā)送的應(yīng)答信息來控制天線輸入端口 9的短路和阻抗共軛匹配狀態(tài)，天線輸入端口 9的短路狀態(tài)令左輻射貼片4和右輻射貼片5對RFID讀寫器天線發(fā)送來的無調(diào)制載波信號呈現(xiàn)高反射狀態(tài)，天線輸入端口 9的阻抗共軛匹配狀態(tài)令左輻射貼片4和右輻射貼片5對RFID讀寫器天線發(fā)送來的無調(diào)制載波信號呈現(xiàn)低反射狀態(tài)，通過這兩種狀態(tài)，標(biāo)簽天線對反射回去的載波信號實(shí)現(xiàn)不同調(diào)制深度的幅移鍵控調(diào)制，RFID讀寫器天線接收此反射回來的己調(diào)制信號。對于一般天線放置于金屬上，由于電磁波入射到金屬環(huán)境會產(chǎn)生180。相移的反射波，這種反射波會影響天線的輻射模式以及諧振頻率，從而使天線不能正常工作于我們所需要的模式下。而在三T型天線下方附有EBG結(jié)構(gòu)之后，因?yàn)镋BG結(jié)構(gòu)在一定的頻段范圍內(nèi)，具有-180° — 180°的反射相位，即可以通過調(diào)節(jié)EBG結(jié)構(gòu)的尺寸，使之在我們所需要的頻段范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)0。的相移，即消除下方金屬環(huán)境對天線的影響。同時(shí)，由于EBG結(jié)構(gòu)的高阻抗特性，減小了表面波傳輸所帶來的損耗，從而最終達(dá)到高增益，遠(yuǎn)閱讀距離的特點(diǎn)。
本發(fā)明能夠用于超高頻(UHF)頻段的射頻識別系統(tǒng)，可同時(shí)涵蓋歐洲的866 869MHz的射頻識別系統(tǒng)和北美的902 928MHz的射頻識別系統(tǒng)，閱讀距離都可以達(dá)到6米以上。本發(fā)明能夠可靠方便應(yīng)用于金屬表面，具有損耗低，閱讀距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
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權(quán)利要求
1、帶有EBG結(jié)構(gòu)的射頻識別電子標(biāo)簽天線，其特征在于包括三T型輻射貼片天線和EBG結(jié)構(gòu)，三T型輻射貼片天線位于EBG結(jié)構(gòu)上端；所述三T型輻射貼片天線的左輻射貼片和右輻射貼片位于上介質(zhì)層的上表面，通過一個(gè)T型縫隙分隔，且關(guān)于T型縫隙對稱；左輻射貼片和右輻射貼片分別通過左短路片和右短路片連接到第一銅皮地板；左短路片和右短路片分別位于第一銅皮地板左右兩側(cè)；T型縫隙為位于上介質(zhì)層的上表面的一個(gè)倒T型缺口，缺口的左右兩側(cè)分別設(shè)有左T型縫隙和右T型縫隙，T型縫隙下部中央設(shè)有銅皮匹配網(wǎng)絡(luò)，左輻射貼片和右輻射貼片分別通過左微帶線和右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。所述下層的EBG結(jié)構(gòu)包括上層介質(zhì)和下層介質(zhì)，在上層介質(zhì)的上表面均勻地間隔設(shè)有3×4個(gè)正方形銅片，在上層介質(zhì)和下層介質(zhì)兩層中間夾層均勻地間隔設(shè)有4×5個(gè)方形銅片，上層介質(zhì)上表面處的一正方形銅片的中心位于夾層每四個(gè)正方形銅片的中心處；下層介質(zhì)的下表面貼有第二銅皮地板，上層介質(zhì)的正方形銅片與下層介質(zhì)的方形銅片都通過過孔與第二銅皮地板連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有EBG結(jié)構(gòu)的射頻識別電子標(biāo)簽天線，其特 征在于所述左輻射貼片和右輻射貼片為銅片。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有EBG結(jié)構(gòu)的射頻識別電子標(biāo)簽天線，其特 征在于所述三T型輻射貼片天線位于EBG結(jié)構(gòu)上端lmm-2mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有EBG結(jié)構(gòu)的射頻識別電子標(biāo)簽天線，其特 征在于所述正方形銅片和方形銅片的邊長都為25mm-30mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有EBG結(jié)構(gòu)的射頻識別電子標(biāo)簽天線，其特 征在于所述T型縫隙的縱向缺口部分寬度為5mm-IO咖。
全文摘要
本發(fā)明公開了帶有EBG結(jié)構(gòu)的射頻識別電子標(biāo)簽天線，包括三T型輻射貼片天線和EBG結(jié)構(gòu)，三T型輻射貼片天線位于EBG結(jié)構(gòu)上端；三T型輻射貼片天線的左輻射貼片和右輻射貼片位于上介質(zhì)層的上表面，通過一個(gè)T型縫隙分隔，T型縫隙為位于上介質(zhì)層的上表面的一個(gè)倒T型缺口，缺口的左右兩側(cè)分別設(shè)有左T型縫隙和右T型縫隙；下層的EBG結(jié)構(gòu)包括上層介質(zhì)和下層介質(zhì)，在上層介質(zhì)的上表面均勻地間隔設(shè)有3×4個(gè)正方形銅片，在上層介質(zhì)和下層介質(zhì)兩層中間夾層均勻地間隔設(shè)有4×5個(gè)方形銅片；本發(fā)明天線帶寬大，不僅可以工作于非金屬表面，而且能夠方便應(yīng)用于金屬表面上，具有帶寬特性、對環(huán)境敏感度低、閱讀距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)。
文檔編號H01Q1/38GK101465468SQ20091003665
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者辰 王, 胡斌杰 申請人:華南理工大學(xué)