CN101533946B - 微型嵌入式超高频射频识别抗金属标签天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型嵌入式超高频射频识别抗金属标签天线，包括陶瓷基片、金属辐射面、金属侧面、金属地平面、金属短路线、过孔、第一馈线、第二馈线、射频识别芯片和馈电板；本发明体积小巧，并且可以嵌入到金属物体内部，从而实现小型金属物件的管理与标识。

Description

微型嵌入式超高频射频识别抗金属标签天线

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种微型嵌入式超高频射频识别抗金属标签天线。

背景技术

射频识别(Radio frequency identification，简称RFID)是一种利用射频读取标签的自动识别技术。射频识别系统一般由阅读器(Reader)和标签(Tag)组成，阅读器通过射频读取标签上的信息。与传统条形码相比，其具有读取距离远、读取速度快、非可视识别、支持快速读写等优点；射频识别技术与互联网、无线通信网络等技术相结合，可实现全球范围内物品的跟踪与信息共享，在物流供应链、生产自动化、公共信息服务、交通管理及军事应用等众多领域具有广阔的应用空间。射频识别系统主要工作在低频、高频、超高频及微波等频段。低频与高频射频识别系统主要利用电感耦合完成识别功能，读取距离较近。超高频与微波频段射频识别系统通过电磁波传播来读取数据，具有较远的读取距离。其中，超高频由于读取距离远、成本低而有望在物流及交通领域获得广泛应用。一般说的射频识别技术即指超高频射频识别技术。

在相当一部分超高频射频识别应用中，需要将标签粘贴于金属物体表面，譬如：汽车、钢瓶、集装箱等等。由于普通标签无法应用于金属表面，需要采用特殊设计的标签，称为抗金属标签或金属标签。一般的抗金属标签采用微带贴片天线或平面倒F天线作为标签天线，可以将金属表面作为天线的地平面。但是，普通抗金属标签天线都需要贴在金属表面，天线的部分体积突出于金属表面。而在实际应用中，有时需要将标签嵌入到金属物体的凹槽之中，以便安装与使用。而且有些金属物体，本身体积就很小，这就要求嵌入的标签具有微型特征。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种微型嵌入式超高频射频识别抗金属标签天线。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明微型嵌入式超高频射频识别抗金属标签天线，包括陶瓷基片、金属辐射面、金属侧面、金属地平面、金属短路线、过孔、第一馈线、第二馈线、射频识别芯片和馈电板。其中，陶瓷基片为圆柱形，中心为过孔，金属辐射面位于陶瓷基片上表面，金属地平面位于陶瓷基片下表面，金属侧面位于陶瓷基片的圆柱形侧面，金属辐射面通过金属短路线与金属侧面相连，金属侧面与金属地平面相连。第一馈线、第二馈线与射频识别芯片都位于馈电板上，馈电板位于过孔中，第一馈电上端与金属辐射面相连，下端与射频识别芯片相连，第二馈电上端与射频识别芯片相连，下端与金属地面相连。

进一步地，所述金属辐射面为圆形平板，与陶瓷基片上表面为同心圆，金属辐射面的半径小于陶瓷基片的圆形上表面。所述金属地平面为圆形平板，与陶瓷基片下表面为同心圆，且半径相等。所述金属侧面与陶瓷基片的侧面形状、面积一致。所述与陶瓷基片的介电常数范围为10～100。

本发明的有益效果是：本发明的微型嵌入式超高频射频识别抗金属标签天线体积小巧，并且可以嵌入到金属物体内部，从而实现小型金属物件的管理与标识。

附图说明

图1是微型嵌入式微型超高频射频识别抗金属标签天线结构示意图；

图2是微型嵌入式微型超高频射频识别抗金属标签天线分解示意图；

图3是微型嵌入式微型超高频射频识别抗金属标签天线馈电板示意图；

图4是微型嵌入式微型超高频射频识别抗金属标签天线嵌入螺栓应用示意图；

图5是微型嵌入式微型超高频射频识别抗金属标签天线嵌入螺栓示例的阻抗曲线图；

图6是微型嵌入式微型超高频射频识别抗金属标签天线嵌入螺栓示例的返回损耗曲线图；

图中：陶瓷基片1、金属辐射面2、金属侧面3、金属地平面4、金属短路线5、过孔6、第一馈线7、第二馈线8、射频识别芯片9、馈电板10。

具体实施方式

超高频射频识别标签为无源标签，一般由标签天线与标签芯片组成。标签天线与标签芯片都为复阻抗。标签从阅读器天线发射的询问信号中获取能量及询问指令。当标签获得足够的能量时，标签芯片被激活。标签芯片被激活后，其根据阅读器的询问指令进行相应动作，并通过反向散射调制来发射数据。对超高频射频识别标签而言，在如何设计标签天线以获得足够的能量激活标签芯片最为重要。对于嵌入式抗金属标签天线，一方面需要天线具有较好的辐射性能，另一方面则需要标签天线与标签芯片阻抗匹配，以让实现最大能量传输。

本发明通过采用短接的电容板天线实现微型嵌入式抗金属标签天线的设计。以下以能够嵌入金属螺栓体内的超高频射频识别微型嵌入式抗金属标签天线为实施方案并结合附图对本发明做详细的说明。

如图1、3所示，本发明微型嵌入式微型超高频射频识别抗金属标签天线包括：陶瓷基片1、金属辐射面2、金属侧面3、金属地平面4、金属短路线5、过孔6、第一馈线7、第二馈线8、射频识别芯片9和馈电板10。陶瓷基片1为圆柱形，中心为过孔6，金属辐射面2位于陶瓷基片1上表面，金属地平面4位于陶瓷基片1下表面，金属侧面3位于陶瓷基片1的圆柱形侧面，金属辐射面2通过金属短路线5与金属侧面3相连，金属侧面3与金属地平面4相连，第一馈线7、第二馈线8、射频识别芯片9和馈电板10都位于过孔6之中，第一馈电7上端与金属辐射面2相连，下端与射频识别芯片9相连，第二馈电8上端与射频识别芯片9相连，下端与金属地面4相连。

如图2、3所示，所述的金属辐射面2为圆形平板，与圆柱形陶瓷基片1上表面为同心圆，但金属辐射面2的半径小于陶瓷基片1的圆形上表面的半径。金属地平面4为圆形平板，与圆柱形陶瓷基片1下表面为同心圆，且半径相等。金属侧面3与陶瓷基片1的侧面形状、面积一致，下端连接陶瓷基片1的下表面，上端连接陶瓷基片1的上表面。过孔6位于陶瓷基片1的中轴线上。第一馈线7、第二馈线8、射频识别芯片9位于馈电板10上，馈电板10位于过孔6之中。陶瓷基片1的介电常数范围为10～100。

如图3所示，第一馈线7、第二馈线8、射频识别芯片9位于馈电板10上，射频识别芯片9位于第一馈线7和第二馈线8之间，射频识别芯片9的介电引脚与第二馈线8连接，射频识别芯片9的辐射引脚与第一馈线7连接。

对于超高频射频识别标签，其射频识别芯片9一般是复阻抗。为了实现天线与芯片的最大能量传输，则需要天线的输入阻抗与芯片阻抗共轭匹配，这就要求天线输入阻抗的实部和虚部都具有灵活的调节的能力。对于本发明的标签天线，其属于电容板天线的变形，圆形金属辐射面2即为实现电荷聚集以获得较大辐射电阻的金属板，通过金属短路线5可以实现其电小天线的谐振电路。通过调节金属短路线5的长度和宽度可以改变谐振电路的电感值，从而改变其谐振频率；调节金属辐射面2的半径及陶瓷基片1的介电常数可以改变电路的电容值，同时也改变谐振频率。增加金属短路线5的电感值可以增加天线的电抗，降低谐振频率，而增加金属辐射面2的电容值则可以降低天线的电抗，同时也降低谐振频率。因此，通过合理改变天线的金属短路线5和金属辐射面2的尺寸及陶瓷基片1的介电常数，则可以较好的实现天线谐振频率的控制及天线与芯片的阻抗共轭匹配。

馈电板10可以采用普通FR4印制板，第一馈线7、第二馈线8可以为FR4印制板上覆铜，射频识别芯片9可以采用TI(Texas Instruments)公司的RI_UHF_00001_01型号超高频RFID标签芯片。

实施例1

取陶瓷基片1相对介电常数为39，损耗角正切小于为0.001，厚度为4mm，半径为5.8mm，过孔6的半径为0.6mm，金属辐射面2的半径为4.8mm，金属短路线5的宽度为0.8mm，第一馈电7的长度为1.5mm，第二馈电8的长度为1.5mm，射频识别芯片9的长度为1mm，馈电板10的长度为4mm，宽度为1.2mm，射频识别芯片9的阻抗为10-j60Ω。通过电磁场仿真，天线的阻抗曲线、返回损耗曲线分别如图5与图6。由图5与图6可知，天线的输入阻抗在中国超高频射频识别的频带范围920MHz～925MHz能够与射频识别芯片的阻抗较好的实现共轭匹配。

在实际应用中，如图4所示，可以在螺栓的头部设计一个与标签天线形状吻合或稍微大些的凹槽，将该微型嵌入式抗金属标签嵌入在凹槽之中，金属辐射面2可以与被嵌入金属体的表面平齐，金属侧面3可以紧贴被嵌入金属体的凹槽壁，金属地平面4紧贴被嵌入金属体的凹槽底。采用符合ISO18000-6C的射频识别阅读器即可以读写该标签的信息。

上述方案只是本发明的一种具体实施方式，在符合本发明的特征下可以有多种不同应用方案，但这些应用方案只要符合本发明的特征，都应属于本发明的权利保护范围。

Claims (1)

1.一种微型嵌入式超高频射频识别抗金属标签天线，其特征在于，包括陶瓷基片(1)、金属辐射面(2)、金属侧面(3)、金属地平面(4)、金属短路线(5)、过孔(6)、第一馈线(7)、第二馈线(8)、射频识别芯片(9)和馈电板(10)；其中，陶瓷基片(1)为圆柱形，中心为过孔(6)，金属辐射面(2)位于陶瓷基片(1)上表面，金属地平面(4)位于陶瓷基片(1)下表面，金属侧面(3)位于陶瓷基片(1)的圆柱形侧面，金属辐射面(2)通过金属短路线(5)与金属侧面(3)相连，金属侧面(3)与金属地平面(4)相连；第一馈线(7)、第二馈线(8)与射频识别芯片(9)都位于馈电板(10)上，馈电板(10)位于过孔(6)中，第一馈线(7)上端与金属辐射面(2)相连，下端与射频识别芯片(9)相连，第二馈线(8)上端与射频识别芯片(9)相连，下端与金属地平面(4)相连；所述金属辐射面(2)为圆形平板，与陶瓷基片(1)上表面为同心圆，金属辐射面(2)的半径小于陶瓷基片(1)的圆形上表面；所述金属地平面(4)为圆形平板，与陶瓷基片(1)下表面为同心圆，且半径相等；所述金属侧面(3)与陶瓷基片(1)的侧面形状、面积一致；所述陶瓷基片(1)的介电常数范围为10～100。

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