CN101197007A - 用于金属材料表面的超高频电子标签 - Google Patents

Abstract

一种用于金属材料表面的超高频电子标签，包括基材，置于基材同一个面上的电子标签的芯片，馈线，天线接收/发射面，此基材面为电子标签的正面；置于基材另一个面上的天线接地面，此基材面为电子标签的背面。正面上的天线接收/发射面通过一短路槽与背面上的天线接地面相连接构成一微带天线。芯片通过馈线与天线接收/发射面相连接，芯片的接地端通过一通孔与背面上的天线接地面相连接。背面上的天线接地面直接接触使用该电子标签的金属材料的表面。因为电子标签的背面本身就是接地面，完全不需要考虑金属材料表面的屏蔽作用。由于设置有短路槽，能够使微带天线的面积缩小约一倍。因此，能够缩小电子标签的尺寸。

Description

用于金属材料表面的超高频电子标签

技术领域

本发明涉及一种超高频电子标签，具体的是涉及一种用于金属材料表面的超高频电子标签(RFID)。

背景技术

RFID(电子标签)技术是利用射频信号通过空间耦合实现非接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术，是自动识别技术在无线电微波技术方面的具体应用和发展。作为能快速、准确地采集与处理信息的这项技术，被世界公认为二十一世纪的十大重要技术之一，专家称之为是继移动通讯技术、互联网技术之后影响全球经济与人们生活的一项革命性新技术。其特有的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签数据可加密、存储数据容量大、存储信息更改自如等优点，使RFID技术在生产制造、交通运输、流通零售、物流与供应链、安全防伪、人员和动物跟踪以及监管等方面都具有广阔的应用前景，已逐渐成为提高物流供应链管理水平，降低成本，实现管理信息化、参与国际经济大循环、增强核心竞争力的不可缺少的工具和手段。

中国在RFID技术方面的发展也很快，首先，由政府实行的第二代居民身份证正在全国范围内换发，到2008年仅在身份证上就要用到8亿多个RFID芯片，这一项所使用的RFID芯片的数量在国际上首屈一指；其次，一些地方政府(如中国上海)在交通收费、门禁通关、安全管理、烟花爆竹防伪、危险气体钢瓶防伪等方面广泛采用了RFID技术，不但提高了工作效率，还加大了监管的力度，取得了令人瞩目的成就。

基本的RFID系统包括RFID电子标签、RFID读写器和应用支撑软件等三部分。RFID(电子标签)根据发送射频信号的方式不同，分为主动式和被动式两种。这里只是针对被动式RFID(电子标签)，其工作原理大致为：RFID读写器控制射频模块向标签发射读取信号，RFID(电子标签)接受到读写器发射的电磁波信号后给出应答信号；读写器接受到标签的应答信号，对标签的对象标识信息进行解码，并将该信息连带标签上其它相关信息传输到后台服务器进行后续的处理。

从具体应用方面来看，RFID技术在以下几个方面具有明显的优势：一是RFID运用射频技术可进行远距离、非接触式的读写；二是其不易受外界环境的影响，在一般恶劣环境如尘埃、潮湿的环境下仍能保持其工作性能；三是可以进行信息的存储和修改；四是可以反复使用，数据存储可保存10年，重复读写大于10万次。RFID本身具有安全、准确、快速、低耗等基本要素，提供了理想的信息载体，通过读写器，可以在最少人工干预下告诉人们想知道的信息。

目前，RFID电子标签的应用环境越来越广，不可避免地会遇到金属类材料，如集装箱箱体、危化品钢瓶瓶体、机械设备等。一般来说，金属类材料上很难使用RFID电子标签，而且标签的频率越高影响越大，这是因为金属材料对电磁波具有屏蔽作用，贴在金属表面上的RFID电子标签很难完整地接受到读写器发射出来的信号，而导致其失去功能。根据RFID电子标签频率的特性，其频率越高，则受金属类材料的影响就越显著。

目前，在金属类材料表面应用RFID，行业内的一般做法是：在RFID和被安装标签的物体(金属)表面之间放入一层高磁导率的铁氧体材料，使得金属材料对其的屏蔽作用影响减小。但是由于RFID应用环境的多样性、金属表面特性的差异性，不同材料供应商提供的铁氧体材料特性也是千差万别，这些都给后续的加工生产带来很多不便，一般都是通过实际的匹配性测试来确定选用何种型号的铁氧体材料，来来回回进行反复多次的试验。且铁氧体材料本身的成本也较高。受外界使用环境的制约，最终的RFID产品不一定能完全满足客户的实际使用要求，不利于RFID产品的大力推广。

发明内容

本发明的目的，就是解决上面背景技术中所述的存在缺点，为应用在金属物体表面上的一种结构简单、经济实用的超高频电子标签。

本发明为达到上述的目的，所采取的技术方案是提供一种用于金属材料表面的超高频电子标签，包括：

基材，置于基材上的电子标签的芯片，

一微带天线，由天线接收/发射面、天线接地面和馈线构成。天线接收/发射面和馈线置放在基材上置有芯片的一面，该面作为电子标签的正面101；天线接地面置放在基材的另一面，该面为电子标签的背面。天线接收/发射面通过馈线与芯片相连接，基材置有天线接地面的这一面作为电子标签的背面直接接触使用电子标签的金属材料的表面；

短路槽，设置在基材上，天线接收/发射面通过该短路槽与电子标签背面上的天线接地面相连接；

通孔，设置在基材上，芯片的接地端通过该通孔与电子标签背面上的天线接地面相连接。

本发明用于金属材料表面上的RFID(电子标签)的效果显著。

本发明的RFID如上述的结构，基材的另一面102(电子标签的背面)上是天线接地面6。根据微带天线的工作原理，完全不需要考虑金属材料表面的屏蔽作用，因为电子标签的背面本身就是接地面，与金属表面接触也只是增加了接地面积，而不会影响到微带天线的作用和电子标签的性能。这是本发明具有这款微带天线结构的超高频电子标签(RFID)产品的最大优点。

如上述本发明的结构，考虑到超高频RFID的尺寸要适应目前市场需求的小型化，本发明在基材上专门设计了一个短路槽，通过该短路槽将微带天线的天线接收/发射面与其背面上的天线接地面连接在一起，能够缩小整个微带天线面积，也就使RFID的尺寸减小。例如，对于起同样作用的设有短路槽的微带天线与没设置短路槽的微带天线相比，根据一电子标签的工作频率(915MHz)的确定，微带天线的天线接收/发射面的长度被其半波长所限定，又因为，微带天线的天线接地面与天线接收/发射面也必须留下足够的间隙以保证辐射效率。这样最后设计的天线接收/发射面的面积为12cm×8cm。而当设有短路槽以后，天线接收/发射面的面积缩小为8cm×6cm。即设有短路槽的微带天线的面积可以比没有短路槽的微带天线的面积约缩小一倍。从而，电子标签的尺寸也就可以大大的缩小。

如上述本发明RFID的结构可以看出，其结构简单，图形、线条也比较单一。因此，生产制造工艺相对简单，基本与目前成熟的印刷电路板(PCB)制作工艺类似，这也为后续的大批量生产加工带来便利。

附图说明

图1是本发明电子标签一实施例的电子标签正面结构示意图；

图2是本发明电子标签一实施例的电子标签背面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明RFID的结构特征。

如图1、2所示，本发明的RFID包括：基材1，置于基材1上的电子标签的芯片4，连接在芯片4上的馈线5，一微带天线，由天线接收/发射面2(图1示)、天线接地面6(图2示)和馈线5(图1示)构成。天线接收/发射面2置放在基材1上置有芯片4和馈线5的一面，此基材面为电子标签的正面101(图1示)；天线接地面6置放在基材1的另一面，此基材面为电子标签的背面102(图2示)；天线接收/发射面2通过馈线5与芯片4相连接，置有天线接地面6的电子标签的背面102直接接触使用该电子标签的金属材料的表面；

设置在基材1上的短路槽3，天线接收/发射面2通过该短路槽3与背面102上的天线接地面6相连接；

设置在基材1上的通孔7，芯片4的接地端通过该通孔7与背面102上的天线接地面6相连接。

在本实施例中，微带天线的天线接收/发射面2、天线接地面6和馈线5均由铜箔(覆铜)构成，是导体薄片(一般的铜箔)。它利用微带线(或同轴线)的馈线馈电，在导体薄片与导电接地面之间激励起射频电磁场，并通过导体薄片(天线接收/发射面)四周与导电接地面(天线接地面)间的缝隙向外辐射。

本发明的这款天线(如图1、2)，它的基底是一片有一定厚度的基材1。根据试验结果发现，基材1的厚度起码要大于1mm，这样才能尽可能的减小天线辐射能量的损耗。在制作微带天线时，在基材1的两面同时覆铜，一面刻蚀出设计好的微带天线的天线接收/发射面2的图形，另一面整面作为微带天线的天线接地面6。然后，将芯片4置放在刻有天线接收/发射面的基材1面上，该面作为电子标签的正面；芯片4的两个连接端口(连接端口的具体位置与选择不同芯片的型号有关)分别与微带天线的天线接收/发射面和天线接地面连接，具体的连接是芯片4的一个端口通过馈线5与天线接收/发射面2相连，芯片4的另一端口(接地)通过通孔7与背面的天线接地面6相连。

短路槽3可以是一条通槽，或者是一排相邻的通孔。在本实施例中，短路槽3是一条通槽，如图1、2所示。置于电子标签正面101上的天线接收/发射面2通过该短路槽3与位于电子标签背面102上的天线接地面6相连接。短路槽3的位置、尺寸大小取决于天线接收/发射面2的图形位置和尺寸。因为，在正面101上的微带天线导体薄片(天线接收/发射面)的中间为电流最大，但电压近似为0，可以视为微波短路。因此，考虑在中间增加短路槽3，利用镜像使1/4波长的贴片达到半波长的辐射效果，从而缩小天线接收/发射面的面积。例如，上述的例子，没有设置短路槽3的微带天线的面积为12cm×8cm，而设置短路槽的微带天线的面积就缩小到8cm×6cm。两者相差一倍。

馈线5的位置、尺寸与芯片4的输入阻抗有直接的关联。一般常用天线向四面八方辐射能量的辐射场型(Radiation Pattern)来描述天线性能，这是以圆形天线为例，是将天线辐射特性描述成空间函数的一种方式。当馈线5上射频信号的频率改变时，整个天线的阻抗值也随之改变。因此，适当的信号馈入方式与阻抗匹配的考虑，可以使得整个天线在共振频率时，所有入射能量都能够辐射出去。馈线的设计可以通过Ansoft公司提供的专门的Designer天线设计仿真软件的设计计算得到。

在本实施例中，本发明还考虑在标签的表面覆上环保材料(PET)的保护膜，这是为防止超高频电子标签的覆铜层与外界环境接触而发生氧化、腐蚀等现象，以满足电子标签在特殊应用环境里的长期稳定和使用寿命。

在本实施例中，本发明还考虑采用脆性材料包封住超高频电子标签整体的封套。目的是达到一次性使用、防转移特性。因为封套是脆性材料，所以在将超高频电子标签固定在物体表面后，就无法将其再次完整地取下而挪做它用。

Claims (5)

1.一种用于金属材料表面的超高频电子标签，包括基材，置于基材上的电子标签的芯片，其特征在于包括：

一微带天线，由天线接收/发射面、天线接地面和馈线构成，天线接收/发射面和馈线置放在基材上置有芯片的一面，该面作为电子标签的正面，天线接收/发射面通过馈线与芯片相连接；天线接地面置放在基材的另一面，基材置有天线接地面的这一面作为电子标签的背面直接接触使用电子标签的金属材料的表面；

短路槽，设置在基材上，天线接收/发射面通过该短路槽与电子标签背面上的天线接地面相连接；

通孔，设置在基材上，芯片的接地端通过该通孔与电子标签背面上的天线接地面相连接。

2.根据权利要求1所述的用于金属材料表面的超高频电子标签，其特征在于所述的短路槽是一条通槽，或者是一排通孔。

3.根据权利要求1所述的用于金属材料表面的超高频电子标签，其特征在于还包括覆盖在电子标签表面上的保护膜。

4.根据权利要求1所述的用于金属材料表面的超高频电子标签，其特征在于还包括由脆性材料包封在电子标签上的封套。

5.根据权利要求1所述的用于金属材料表面的超高频电子标签，其特征在于所述的基材的厚度大于1mm。

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