一種寬帶uhf rfid電子標(biāo)簽天線和電子標(biāo)簽的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽天線，包括天線基板、金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)，金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)設(shè)置在天線基板表面，呈封閉環(huán)狀的金屬內(nèi)環(huán)上設(shè)有天線饋電點(diǎn)，金屬內(nèi)環(huán)與金屬外環(huán)相連，金屬外環(huán)包括折疊偶極子臂和貼片負(fù)載，折疊偶極子臂與貼片負(fù)載相連構(gòu)成封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽天線，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，易于低成本的實(shí)現(xiàn)，能夠完全覆蓋了我國UHF RFID設(shè)備的兩個(gè)工作頻段；金屬內(nèi)環(huán)設(shè)置有天線饋電點(diǎn)，組成了中心閉環(huán)，易于調(diào)節(jié)天線阻抗虛部，方便適應(yīng)不同種類的芯片。
【專利說明】—種寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽天線和電子標(biāo)簽

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及射頻識(shí)別【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及寬帶超高頻(Ultra HighFrequency )電子標(biāo)簽天線及采用該天線的電子標(biāo)簽。

【背景技術(shù)】
[0002]RFID是射頻識(shí)別技術(shù)(Rad1 Frequency Identificat1n)的英文縮寫，射頻識(shí)別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，該技術(shù)利用射頻信號(hào)通過空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別的目的。RFID技術(shù)在物品識(shí)別跟蹤方面有著無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因而在生產(chǎn)、零售、物流、交通等各個(gè)行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]隨著UHF RFID技術(shù)在我國的蓬勃發(fā)展，國家也制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，特別是((800/900MHZ頻段射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)應(yīng)用規(guī)定(試行)》的發(fā)布，規(guī)范了我國UHF RFID設(shè)備的工作頻段為840MHz?845MHz和920Mhz?925MHz兩個(gè)頻段。
[0004]傳統(tǒng)的超高頻電子標(biāo)簽天線都是窄帶工作(20MHz以內(nèi))的偶極子或者折疊偶極子天線，盡管阻抗和Q值容易調(diào)節(jié)，但無法同時(shí)適應(yīng)兩個(gè)頻段，直接造成了不同的頻段必須更換不同的標(biāo)簽，從成本到效率都是較大的浪費(fèi)。
[0005]現(xiàn)有的寬帶天線技術(shù)盡管適合中國頻譜規(guī)范，但大多數(shù)都采用了特殊的基板材料或者復(fù)雜的天線結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致天線的制造成本較高或者制造難度加大；同時(shí)由于不同芯片的阻抗情況不同，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的天線很難簡單定量的調(diào)諧阻抗和Q值，從而增加了設(shè)計(jì)難度和研發(fā)成本。
[0006]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的絕大多數(shù)超高頻電子標(biāo)簽天線都是窄帶的偶極子天線，因?yàn)榕紭O子天線簡單易于制造，阻抗調(diào)節(jié)范圍較大，非常適合射頻識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用。但是基于中國標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際情況，同一個(gè)設(shè)計(jì)方案無法同時(shí)滿足兩個(gè)頻段的正常工作，而現(xiàn)有的寬帶天線設(shè)計(jì)一般為較為厚重的貼片天線，需要特殊介質(zhì)層，成本較高，而且易用性較差；復(fù)雜的分型天線或者環(huán)路感應(yīng)天線，不易調(diào)節(jié)，普遍適應(yīng)性不強(qiáng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)天線無法同時(shí)滿足兩個(gè)頻段的工作需要的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽天線。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽天線，包括天線基板、金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)，金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)設(shè)置在天線基板表面，呈封閉環(huán)狀的金屬內(nèi)環(huán)上設(shè)有天線饋電點(diǎn)，金屬內(nèi)環(huán)與金屬外環(huán)相連，金屬外環(huán)包括折疊偶極子臂和貼片負(fù)載，折疊偶極子臂與貼片負(fù)載相連構(gòu)成封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)天線無法同時(shí)滿足兩個(gè)頻段的工作需要的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提出一種寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽，包括標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片，標(biāo)簽天線包括天線基板、金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)，金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)設(shè)置在天線基板表面，呈封閉環(huán)狀的金屬內(nèi)環(huán)上設(shè)有天線饋電點(diǎn)，標(biāo)簽芯片固定連接在天線饋電點(diǎn)上，金屬內(nèi)環(huán)與金屬外環(huán)相連，金屬外環(huán)包括折疊偶極子臂和貼片負(fù)載，折疊偶極子臂與貼片負(fù)載相連構(gòu)成封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0011]本發(fā)明的寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽天線和電子標(biāo)簽，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，易于低成本的實(shí)現(xiàn)，能夠完全覆蓋了我國UHF RFID設(shè)備的兩個(gè)工作頻段；金屬內(nèi)環(huán)設(shè)置有天線饋電點(diǎn)，組成了中心閉環(huán)，易于調(diào)節(jié)天線阻抗虛部，方便適應(yīng)不同種類的芯片。
[0012]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
[0013]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0015]圖1為本發(fā)明的寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽天線的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中折疊偶極子天線的結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖3為本發(fā)明天線阻抗隨頻率的變化曲線示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明S11參數(shù)曲線的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受【具體實(shí)施方式】的限制。
[0020]本發(fā)明是基于偶極子天線的寬帶天線，同時(shí)兼具偶極子天線的低成本、靈活性和大帶寬的普適性，非常適合現(xiàn)有的中國標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。
[0021]本發(fā)明提供了一種基于偶極子結(jié)構(gòu)的寬帶電子標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)。具體的說就是該天線采用了改進(jìn)的折疊偶極子天線結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了超過100MHz帶寬的阻抗匹配能力，很好的覆蓋了中國超高頻射頻識(shí)別頻帶規(guī)范內(nèi)的兩個(gè)頻段。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽天線(以下簡稱標(biāo)簽天線)，由矩形的天線基板1和位于天線基板上的金屬走線組成。其中，金屬走線設(shè)置在天線基板1的表面，優(yōu)選地，該金屬走線為銅線走線，該金屬走線設(shè)置在天線基板的正面，反面無金屬走線。
[0023]金屬走線包括:金屬內(nèi)環(huán)3和金屬外環(huán)，金屬內(nèi)環(huán)3和金屬外環(huán)均為矩形結(jié)構(gòu)，金屬內(nèi)環(huán)3上設(shè)有天線饋電點(diǎn)2，即放置寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽芯片(以下簡稱標(biāo)簽芯片)的位置，通過引線鍵合的方式可以使標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片組成完整的標(biāo)簽產(chǎn)品。金屬外環(huán)包括折疊偶極子臂4和貼片負(fù)載5，折疊偶極子臂4與貼片負(fù)載5相連構(gòu)成封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)，金屬外環(huán)為2個(gè)，金屬內(nèi)環(huán)3為1個(gè)，構(gòu)成1組標(biāo)簽天線，2個(gè)金屬外環(huán)呈軸對(duì)稱設(shè)置在1個(gè)金屬內(nèi)環(huán)3的兩側(cè)。優(yōu)選地，本發(fā)明標(biāo)簽天線的金屬外環(huán)的數(shù)量可以為金屬內(nèi)環(huán)數(shù)量的兩倍，構(gòu)成多組標(biāo)簽天線。
[0024]矩形環(huán)狀的金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)，與標(biāo)簽芯片直接連接，天線阻抗對(duì)矩形環(huán)的尺寸變化很敏感，所以調(diào)節(jié)金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)的尺寸能夠方便并有效的調(diào)節(jié)標(biāo)簽天線阻抗，特別是阻抗虛部；而調(diào)節(jié)折疊偶極子臂4和貼片負(fù)載5的尺寸可以調(diào)整天線的輻射能力特別是通過調(diào)整貼片負(fù)載5的寬度，可以方便的調(diào)整天線阻抗的實(shí)部，從而與芯片阻抗共軛匹配，以達(dá)到最大能量傳輸。
[0025]其中，每個(gè)金屬外環(huán)由兩段折疊偶極子臂4和一段貼片負(fù)載5組成，貼片負(fù)載5的兩端分別與折疊偶極子臂4的各一端相連，折疊偶極子臂4的另一端分別與金屬內(nèi)環(huán)3的矩形對(duì)邊相連。
[0026]本發(fā)明的標(biāo)簽天線，天線基板1采用包括普通FR4印刷電路板在內(nèi)的任何絕緣介質(zhì)板材，厚度為0.8mm,介電常數(shù)是4.4,損耗角正切為0.02。金屬內(nèi)環(huán)3和折疊偶極子臂4的金屬線寬是1mm，呈矩形的金屬內(nèi)環(huán)3的面積為;每段折疊偶極子臂4長度為61mm ;貼片負(fù)載5的面積為16mm*4mm。
[0027]本發(fā)明的無源超高頻電子標(biāo)簽需要通過整流閱讀器發(fā)出的電磁波來獲取能量完成通信。一般來說，標(biāo)簽芯片的輸入阻抗為復(fù)數(shù)，且為容性，這就需要標(biāo)簽天線具有感性的復(fù)數(shù)阻抗與之形成共軛匹配，從而達(dá)到能量傳輸最大化。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例的超高頻標(biāo)簽芯片在922.5MHz頻點(diǎn)的阻抗是32-j 145 Ω。如圖3所示，可以看出，本發(fā)明實(shí)施例的標(biāo)簽天線在840MHz到920MHz頻段內(nèi)，天線阻抗從41.3+J126.6變化到31.3+j 155，變化趨勢(shì)非常平穩(wěn)。圖4為本發(fā)明標(biāo)簽天線的S11參數(shù)曲線，830MHz到950MHz的頻帶內(nèi)，S11都小于_10dB，也就是整個(gè)標(biāo)簽天線的帶寬超過了120MHz，而且完全覆蓋了我國UHF RFID設(shè)備的兩個(gè)工作頻段。
[0029]需要說明的是，本發(fā)明的標(biāo)簽天線，可以通過調(diào)節(jié)貼片負(fù)載5的面積大小，方便的調(diào)整標(biāo)簽天線的輻射阻抗，以方便適應(yīng)不同類型的標(biāo)簽芯片。
[0030]現(xiàn)有的折疊偶極子天線如圖2所示，主要是在遠(yuǎn)場(chǎng)利用電場(chǎng)耦合的原理進(jìn)行工作，中心的小閉環(huán)在近場(chǎng)利用磁場(chǎng)耦合進(jìn)行工作，同時(shí)調(diào)節(jié)阻抗虛部；而折疊偶極子臂的等效電長度對(duì)應(yīng)一個(gè)固定工作頻率的二分之一波長。如果工作頻率發(fā)生變化，現(xiàn)有的折疊偶極子天線的阻抗則會(huì)發(fā)生較大變化，直接導(dǎo)致天線和芯片阻抗嚴(yán)重失配，反射能量增大，入射能量降低，對(duì)外表現(xiàn)就是在較寬頻帶內(nèi)工作時(shí)性能波動(dòng)明顯，無法在寬帶應(yīng)用場(chǎng)合正常工作；與此同時(shí)，這種折疊偶極子天線在近場(chǎng)的磁場(chǎng)耦合能力有限，容易出現(xiàn)近場(chǎng)反而不易讀出，存在識(shí)別盲點(diǎn)的現(xiàn)象。
[0031]本發(fā)明實(shí)施例由于采用了上述結(jié)構(gòu)，特別是通過圖1中折疊偶極子臂4和貼片負(fù)載5組成的改進(jìn)型折疊偶極子結(jié)構(gòu)，將每個(gè)開放的偶極子臂接成閉環(huán)，在遠(yuǎn)場(chǎng)輻射時(shí)同樣可以通過磁場(chǎng)耦合方式工作，由于磁場(chǎng)耦合方式對(duì)于頻率的變化不敏感，這樣保證了當(dāng)工作頻率偏移時(shí)，標(biāo)簽天線的阻抗變化較慢，對(duì)外表現(xiàn)就是標(biāo)簽天線可以在較寬頻率下工作，同時(shí)在近場(chǎng)的磁場(chǎng)耦合能力明顯增強(qiáng)，對(duì)提高識(shí)別率有積極的作用。
[0032]本發(fā)明的標(biāo)簽天線，由折疊偶極子臂4和貼片負(fù)載5組成標(biāo)簽天線的外圍閉環(huán)，形成改進(jìn)型的折疊偶極子臂，可以在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域感應(yīng)電磁信號(hào)，有利于擴(kuò)大天線工作帶寬。
[0033]另外，本發(fā)明實(shí)施例還公開了一種寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽，包括標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片，標(biāo)簽天線包括天線基板、金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)，金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)設(shè)置在天線基板表面，呈封閉環(huán)狀的金屬內(nèi)環(huán)上設(shè)有天線饋電點(diǎn)，標(biāo)簽芯片固定連接在天線饋電點(diǎn)上，金屬內(nèi)環(huán)與金屬外環(huán)相連，金屬外環(huán)包括折疊偶極子臂和貼片負(fù)載，折疊偶極子臂與貼片負(fù)載相連構(gòu)成封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0034]其中的標(biāo)簽天線為上文的本發(fā)明實(shí)施例的寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽天線，具體內(nèi)容不再贅述。
[0035]本發(fā)明的標(biāo)簽天線和電子標(biāo)簽，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，易于低成本的實(shí)現(xiàn)，能夠完全覆蓋了我國UHF RFID設(shè)備的兩個(gè)工作頻段；金屬內(nèi)環(huán)3設(shè)置有天線饋電點(diǎn)2，組成了中心閉環(huán)，易于調(diào)節(jié)天線阻抗虛部，方便適應(yīng)不同種類的芯片。
[0036]本發(fā)明的標(biāo)簽天線和電子標(biāo)簽，由于天線整體采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)，可以有效改善近場(chǎng)讀取方向性空洞的問題，對(duì)于提高讀取率很有幫助。
[0037]本發(fā)明能有多種不同形式的【具體實(shí)施方式】，上面以說明書附圖為例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作舉例說明，這并不意味著本發(fā)明所應(yīng)用的具體實(shí)例只能局限在特定的流程或?qū)嵤├Y(jié)構(gòu)中，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，上文所提供的具體實(shí)施方案只是多種優(yōu)選用法中的一些示例，任何體現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的實(shí)施方式均應(yīng)在本發(fā)明技術(shù)方案所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
[0038]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽天線，其特征在于，包括天線基板、金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)，所述金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)設(shè)置在所述天線基板表面，呈封閉環(huán)狀的所述金屬內(nèi)環(huán)上設(shè)有天線饋電點(diǎn)，所述金屬內(nèi)環(huán)與金屬外環(huán)相連，所述金屬外環(huán)包括折疊偶極子臂和貼片負(fù)載，所述折疊偶極子臂與貼片負(fù)載相連構(gòu)成封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述金屬外環(huán)的數(shù)量為金屬內(nèi)環(huán)數(shù)量的兩倍，構(gòu)成多組標(biāo)簽天線，在每組所述標(biāo)簽天線中，兩個(gè)所述金屬外環(huán)呈軸對(duì)稱設(shè)置在一個(gè)所述金屬內(nèi)環(huán)的兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天線，其特征在于，每個(gè)金屬外環(huán)由兩段折疊偶極子臂和一段貼片負(fù)載組成，所述貼片負(fù)載的兩端分別與所述折疊偶極子臂的各一端相連，所述折疊偶極子臂的另一端分別與所述金屬內(nèi)環(huán)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天線，其特征在于，所述天線饋電點(diǎn)以引線鍵合的方式與標(biāo)簽芯片相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的天線，其特征在于，所述金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)呈矩形結(jié)構(gòu)設(shè)置。
6.一種寬帶UHF RFID電子標(biāo)簽，其特征在于，包括標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片，所述標(biāo)簽天線包括天線基板、金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)，所述金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)設(shè)置在所述天線基板表面，呈封閉環(huán)狀的所述金屬內(nèi)環(huán)上設(shè)有天線饋電點(diǎn)，所述標(biāo)簽芯片固定連接在所述天線饋電點(diǎn)上，所述金屬內(nèi)環(huán)與金屬外環(huán)相連，所述金屬外環(huán)包括折疊偶極子臂和貼片負(fù)載，所述折疊偶極子臂與貼片負(fù)載相連構(gòu)成封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的標(biāo)簽，其特征在于，所述金屬外環(huán)的數(shù)量為金屬內(nèi)環(huán)數(shù)量的兩倍，構(gòu)成多組標(biāo)簽天線，在每組所述標(biāo)簽天線中，兩個(gè)所述金屬外環(huán)呈軸對(duì)稱設(shè)置在一個(gè)所述金屬內(nèi)環(huán)的兩側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的標(biāo)簽，其特征在于，每個(gè)金屬外環(huán)由兩段折疊偶極子臂和一段貼片負(fù)載組成，所述貼片負(fù)載的兩端分別與所述折疊偶極子臂的各一端相連，所述折疊偶極子臂的另一端分別與所述金屬內(nèi)環(huán)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的標(biāo)簽，其特征在于，所述天線饋電點(diǎn)以引線鍵合的方式與標(biāo)簽芯片相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的標(biāo)簽，其特征在于，所述金屬內(nèi)環(huán)和金屬外環(huán)呈矩形結(jié)構(gòu)設(shè)置。
【文檔編號(hào)】H01Q1/22GK104347945SQ201310344100
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】郝先人, 原義棟 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 北京南瑞智芯微電子科技有限公司