CN101308951A - 多应用环境下的宽带uhf rfid电子标签天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线，包括上介质基板和下介质基板和泡沫材料层；所述下介质基板为铁氧体磁性材料，下介质基板的上表面贴有铜皮地板；上介质基板的上表面附着两个均带有T型缝隙的辐射铜片；所述两个辐射铜片各开有一缺口，该两缺口位于T型缝隙下方，两个辐射铜片分开布置于上介质基板的上表面且相互对称；两个辐射铜片各自通过一铜皮短路片连接到铜皮地板；两个辐射铜片的所述缺口处各自通过一微带线连接至铜皮匹配网络，铜皮匹配网络设有天线输入端口。本发明体积小、结构简单，具有宽带特性，能在多种工作环境下覆盖多个不同地区的UHF RFID工作频段，读写标签卡灵敏度高。

Description

多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线

技术领域

本发明涉及一种射频识别电子标签天线，具体是涉及一种可应用在超高频段(UHF)范围内，可直接应用在多种环境下的宽带UHF电子标签天线。

背景技术

射频识别技术是非接触式的识别，是一种通过无线射频方式进行非接触式的双向数据通信，对目标加以识别并获取相关信息的自动识别技术。射频识别系统主要由阅读器、中间件以及电子标签三部分所组成。电子标签由片上天线及集成芯片组成，通过电磁波与阅读器进行数据交换，具有智能读写和加密通信功能。天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或者发射出去的装置，是电路与空间的界面器件，用来实现导行波与自由空间波能量的转化。在RFID系统中，电子标签天线承担接收能量的作用，对整个RFID系统起关键作用。

目前，射频识别的工作频率包括低频，高频，超高频及微波频段，尤其以高频和超高频的应用最为广泛。射频识别标签按照供电原理可以分为主动(有源)标签和被动(无源)标签。主动标签自身携带电池为其提供读写器通信所需的能量；被动标签则采用反向散射工作方式，即通过电子标签天线从读写器中发出的电磁波获得能量激活芯片，并调节射频识别标签芯片与电子标签天线的匹配程度，将储存在标签芯片中的信息反馈给读写器。因此，射频识别电子标签天线的阻抗必须与标签芯片的输入阻抗共轭匹配，以使得标签芯片能够最大限度地获得射频识别读写器所发出的电磁能量。此外，超高频波段的射频对金属非常敏感，导致目前这种工作频率的被动标签无法在具有金属表面的物体上正常工作。射频识别应用最为广泛的物流行业多为金属环境，所以金属敏感性这一缺点大大限制了其在物流行业的应用。

铁氧体磁性材料的应用很广泛，可用于电声、电信、电表、电机中，还可作记忆元件、微波元件等。可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、计算机的磁性存储设备、乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。就目前技术而言，没有直接将铁氧体材料应用于电子标签天线的设计。开发适合于多种芯片、低成本、多用途的电子标签天线是射频识别得到广泛普及的关键技术之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺点，提供一种多应用环境下的宽带射频识别电子标签天线。本发明具有宽带特性，能工作于多种环境中，在多种环境下覆盖多个不同地区的UHF RFID工作频段。本发明工作在非金属表面环境下可达到10％的相对带宽，回波损耗＜7.4dB；工作在金属表面环境下可达到9.9％的相对带宽，回波损耗＜7.4dB。本发明的目的通过如下技术方案实现：

多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线，其包括上介质基板和下介质基板，上介质基板和下介质基板之间设有泡沫材料层；所述下介质基板为铁氧体磁性材料，下介质基板的上表面贴有铜皮地板；上介质基板的上表面附着两个均带有T型缝隙的辐射铜片；所述两个辐射铜片各开有一缺口，该两缺口分别位于两T型缝隙下方，两个辐射铜片分开布置于上介质基板的上表面且相互对称；两个辐射铜片各自通过一铜皮短路片连接到铜皮地板；两个辐射铜片的所述缺口处各自通过一微带线连接至铜皮匹配网络，铜皮匹配网络上设有天线输入端口。

上述多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线中，所述铜皮匹配网络带有去除铜皮的“一”字型缝隙，缝隙大小满足电子标签天线的阻抗与相连的标签芯片阻抗相匹配。

上述多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线中，所述缺口为长方形。

上述多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线中，所述两铜皮短路片(21、22)分别位于所述铜皮地板(31)两侧边上方且左右对称。

所述左右对称辐射单元之间间距宽度可调。

所述对称放置的铜皮短路片宽度和位置可调。

相对于现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

(1)本发明引入了带有“一”字型缝隙的铜皮匹配网络，通过调节铜皮匹配网络缝隙大小，用于调整电子标签天线的输入阻抗，使天线的阻抗很好地与电子标签芯片的输入阻抗共轭匹配，使天线具有较大的带宽。

(2)本发明下介质基板的上表面贴有铜皮，使其成为反射面板，从而使得金属不但不会影响标签的读出效果，反而能使金属反射的电磁场与标签天线的场叠加，达到使标签天线的阅读距离进一步提高的效果，实现电子标签可直接应用于金属表面的功能。同时，现有技术中尚没有直接将铁氧体材料应用于电子标签天线的设计，经多次深入研究，本发明下介质基板采用铁氧体磁性材料。铁氧体材料吸收电磁波能力强，而反射，折射，散射透射都很小。大量实验表明，采用铁氧体磁性材料作为下介质基板并结合本发明的结构设计，可以吸收和阻止金属面的高频反射波能量，使得最终的返回信号不会受到金属表面反射波的干扰，使读写标签卡灵敏度大为提高。

(3)本发明能够用于多种非金属表面环境下，如自由空间，玻璃，水，橡胶表面，可同时涵盖欧洲的866～869MHz的射频识别系统，中国的920～925MHz射频识别系统和北美的902～928MHz的射频识别系统；本发明电子标签天线应用于非金属表面，可达到10％的相对带宽，回波损耗＜7.4dB，最大阅读距离可达6.5米；

(4)本实用新型还具有低剖面、体积小、结构简单、容易加工、成本低的特点。

附图说明

图1为本发明多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线的整体结构示意图。

图2为图1中上介质基板的俯视图。

图3为图1中下介质基板的俯视图。

图4为图1的左右视图。

图5为本发明多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线在自由空间和金属表面的回波损耗图。

具体实施方案

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

图1为本发明多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线的整体结构示意图。如图1所示，带有多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线包括上介质基板1、泡沫材料层2和下介质基板3。下介质基板3为铁氧体磁性材料。带有双T型缝隙15、16辐射单元的左右对称辐射铜片，贴在上介质基板1的上表面；介质基板1的背面没有铜皮；铜皮地板贴在下介质基板3的上表面；带有去除铜皮T型缝隙的铜皮辐射单元分别通过对称铜皮短路片21、22连接到铜皮地板；介质基板层上表面的对称铜皮辐射单元两个辐射铜片各开有一缺口，该两缺口位于T型缝隙下方；两个辐射铜片的缺口处分别经左右微带线13、14连接至铜皮匹配网络17；铜皮匹配网络通过天线输入端口19直接连接射频识别芯片。用于改善当标签天线放置于金属表面性能的泡沫材料空气层2介于上介质基板1和下介质基板3之间，用于减小当标签天线放置于金属表面时，金属表面对天线的衰减，改善标签天线的性能。

图2为图1中上介质基板1的俯视图。根据平面偶极子天线的谐振原理，当天线长度等于谐振频率点波长的1/4或者1/2时都会引起谐振。左右辐射单元对角线的长度加上微带线及匹配网络的长度等于900MHz频率点的1/2波长，故该天线谐振于900MHz频段。左右对称辐射贴片单元11、12为开有T型缝隙的铜皮，左右辐射单元11、12的大小可控制天线的工作频段；微带线13连接左辐射单元11和匹配网络17，微带线14连接右辐射单元12和匹配网络17；微带线的长度可控制天线的工作频段，增加微带线的长度，谐振频率下降，反之，谐振频率增大；铜皮匹配网络17由中间去除铜皮的“一”字型缝隙18的矩形铜片组成，根据双电感Γ型匹配网络等效原理图的原理，“一”字型缝隙18的长度和宽度越大，天线的输入阻抗越大，反之，天线的输入阻抗越小，通过调节“一”字型缝隙18的长度和宽度，可适应不同阻抗的芯片；去除铜皮的天线输入端口19位于匹配网络17，天线输入端口19直接连接射频芯片，发射信号时，信号从天线输入端口馈入，经过匹配网络17和左右微带线13、14馈入左右辐射单元11、12，从而引起谐振，将电流信号转变为电磁波信号。接收信号时，左右辐射单元11、12将电磁波信号转变为电流信号，电流经过左右微带线13、14传输至铜皮匹配网络17，经过铜皮匹配网络17的调整，使天线输入端口19处的天线输入阻抗与所连接的射频识别标签芯片的输入阻抗共轭匹配，最终令标签天线所接收的信息能量以电流的形式最大程度地馈给射频识别标签芯片的输入端，以激活射频识别标签芯片并使之工作。

图3为图1中下介质基板3的俯视图。下介质基板上表面贴有铜皮地板，下表面没有附铜。下介质基板为铁氧体磁性材料，采用铁氧体磁性材料作为下介质基板，可以吸收和阻止金属面的高频反射波能量，使得最终的返回信号不会受到金属表面反射波的干扰，最终使读写标签卡灵敏度大为提高。

图4为图1的左右视图。如图4所示，可用于金属表面的射频识别电子标签天线包括上介质基板1、泡沫材料层2和下介质基板3；对称铜皮辐射单元11、12分别通过对称铜皮短路片21、22连接到铜皮地板31，对称放置的铜皮短路片21、22用于平衡辐射贴片单元上的电流分布，可以调节天线的阻抗和谐振频率。

图5为本发明多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线在自由空间和金属表面的回波损耗图。如图所示，本发明电子标签天线应用于自由空间，可达到10％的相对带宽，回波损耗＜7.4dB，可同时涵盖欧洲的866～869MHz的射频识别系统，中国的920～925MHz射频识别系统和北美的902～928MHz的射频识别系统；本发明电子标签天线应用于金属表面，可达到9.9％的相对带宽，回波损耗＜7.4dB，可同时涵盖欧洲的866～869MHz的射频识别系统，中国的920～925MHz射频识别系统和北美的902～928MHz的射频识别系统。

本发明能够用于多种环境下，在非金属和金属表面都可同时涵盖欧洲的866～869MHz的射频识别系统，中国的920～925MHz射频识别系统和北美的902～928MHz的射频识别系统；本发明工作在非金属表面环境下可达到10％的相对带宽，回波损耗＜7.4dB，最大阅读距离6.5米；工作在金属表面环境下可达到9.9％的相对带宽，回波损耗＜7.4dB，最大阅读距离6米。本发明还具有低剖面、体积小、结构简单的特点。

Claims (4)

1、多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线，其特征在于包括上介质基板(1)和下介质基板(3)，上介质基板(1)和下介质基板(3)之间设有泡沫材料层(2)；所述下介质基板(3)为铁氧体磁性材料；下介质基板(3)的上表面贴有铜皮地板(31)；上介质基板(1)的上表面附着两个均带有T型缝隙(15、16)的辐射铜片(11、12)；所述两个辐射铜片(11、12)各开有一缺口，该两缺口分别位于两T型缝隙(15、16)下方，两个辐射铜片(11、12)分开布置于上介质基板(1)的上表面且相互对称；两个辐射铜片(11、12)各自通过一铜皮短路片(21、22)连接到铜皮地板(31)；两个辐射铜片(11、12)的所述缺口处各自通过一微带线(13、14)连接至铜皮匹配网络(17)，铜皮匹配网络(17)上设有天线输入端口(19)。

2、根据权利要求1所述的多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线，其特征在于所述铜皮匹配网络(17)带有去除铜皮的“一”字型缝隙(18)，缝隙大小满足电子标签天线的阻抗与相连的标签芯片阻抗相匹配。

3、根据权利要求1所述的多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线，其特征在于所述缺口为长方形。

4、根据权利要求1所述的多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线，其特征在于所述两铜皮短路片(21、22)分别位于所述铜皮地板(31)左右两侧上方且相互对称。

Images