CN102226952A

CN102226952A - 一种新型rfid标签天线和天线磁芯

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Publication number: CN102226952A
Application number: CN 201110056493
Authority: CN
Inventors: 陈松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: CN102226952B

Abstract

一种新型RFID标签天线和天线磁芯，由紧密绕柱状软磁铁氧体磁芯磁芯周围的线圈构成，所述线圈平面与垂直于磁芯纵轴的横截面平行，所述线圈匝数为5-15，所述磁芯长径比为0.5-3，所述长径比定义为磁芯长度与垂直于磁芯纵轴的横截面的等效直径d之比，所述等效直径d计算公式如下：d＝(S/π)^0.5×2，S为垂直于磁芯纵轴的横截面面积，π为圆周率，7mm²＜S＜180mm²。

Description

一种新型RFID标签天线和天线磁芯

技术领域：

本发明涉及一种射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)设备，尤其涉及一种射频识别设备的天线和天线磁芯。

背景技术：

射频识别(RFID)技术一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。广泛应用公交卡等领域。RFID系统是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器(或阅读器)和很多应答器(或标签)组成。RFID标签根据工作方式可分为主动式(有源)和被动式(无源)两大类，被动式RFID标签由标签芯片和标签天线或线圈组成，利用电感耦合或电磁反向散射耦合原理实现与读写器之间的通讯。当RFID标签进入读写器的作用区域，就可以根据电感耦合原理(近场作用范围内)或电磁反向散射耦合原理(远场作用范围内)在标签天线两端产生感应电势差，并在标签芯片通路中形成微弱电流，如果这个电流强度超过一个阈值，就将激活RFID标签芯片电路工作，从而对标签芯片中的存储器进行读/写操作。目前广泛应用的RFID设备采用的工作频率为13.56Mhz，

天线(antenna)是RFID标签和读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通讯连接的设备，包括两类天线，一类是RFID标签上的天线，另一类是读写器天线。对于13.56Mhz的RFID设备来说，由于受该工作频率电磁波特性限制，天线从外形尺寸一般难以减至很小，现有RFID设备中，读写器天线的外形尺寸一般情况下受到外形尺寸限制情况较小，而标签天线的外形尺寸，很多情况下要受到使用条件限制，需要尽可能的减小占用空间。现有的13.56MHzRFID标签线一般采用4-10匝绕线或蚀刻线圈作为天线，天线面积从40cm²到15cm²不等，最大可读写距离10cm-到5cm不等。如果进一步减小天线面积，增加线圈匝数，会造成最大可读写距离进一步下降，从而影响使用。一般认为，采用高磁导率磁芯可以降低RFID标签天线面积，但是现有磁芯在13.56MHz时的初始磁导率μi都不高，并且，磁芯实际达到的的实际磁导率和外形也有关系一般来说，以圆柱体外形的磁芯为例，当磁芯的长径比较低时，其实际磁导率远远低于标称的磁导率，只有当磁芯长径比远大于1，时，实际磁导率才能较高，而此时制得的RFID标签天线，虽然天线面积较小，但由于长度明显增长，体积也将明显增大，与常用的绕线或蚀刻线圈天线相比没有明显的优势。

发明内容：

本发明提供了一种用于RFID标签天线的软磁铁氧体磁芯，磁芯长径比为0.5-3，所述长径比定义为磁芯长度与垂直于磁芯纵轴的横截面的等效直径d之比，所述等效直径d计算公式如下：d＝(S/π)^0.5×2，S为垂直于磁芯纵轴的横截面面积，π为圆周率，7mm²＜S＜180mm²。

所述的磁芯，其特征是所述垂直于磁芯纵轴的横截面任意两点间的最大距离为3-15mm，优选为6-12mm。

所述的磁芯，其特征是所述磁芯的长径比优选为1-3，更优选为1-1.5。

所述的磁芯，其特征是所述的横截面面积，25mm²＜S＜130mm²。

所述的磁芯，其特征是所述的，可选自镍锌铁氧体或锌锰铁氧体。

所述的磁芯，其特征是所述垂直于磁芯纵轴的横截面优选为圆形或边数≥4的正多边形。

所述的标签天线，其特征是所述磁芯优选加工成两端为向外凸起的曲面(2，2’，2”)或台体(2，2’，2”)或锥体的柱状体。

所述的磁芯，所述向外凸起的曲面，优选为球面的一部分，所述球面所在球优选为为以磁芯中心为圆心，磁芯高度为直径的球。

所述的磁芯，所述台体或椎体优选为圆台或正棱台或正棱锥，所述磁芯两端的圆台、棱台或棱锥高度之和小于磁芯总高度的60％，优选小于磁芯总高度的40％。

所述的磁芯，当所述垂直于磁芯纵轴的横截面优选为圆形或边数≥4的正多边形时，优选在磁芯表面平行于磁芯纵轴的方向上加工出一个定位平面3，所述平面大于7mm×4mm的矩形。所述平面用于固定非接触IC芯片。

所述的磁芯，还优选在磁芯表面沿着垂直于纵轴的方向加工出一个或数个线圈定位槽4，用于定位线圈。所述线圈定位槽可以围绕磁芯一周，也可以部分围绕磁芯。所述线圈定位槽宽度≤2mm，深度≥0.1mm。

氧体磁芯中，优选镍锌铁氧体，更优选在13.56MHz下磁导率大于80的镍锌铁氧体。

所述的磁芯，其特征是所述磁芯优选加工成两端为向外凸起的曲面或台体或锥体的柱状体。所述磁芯两端的向外凸起的曲面或台体或锥体高度之和小于磁芯总高度的40％。

所述标签天线，所述向外凸起的曲面，优选为球面的一部分，所述球面所在球优选为为以磁芯中心为圆心，磁芯高度为直径的球。

所述的磁芯，所述台体或椎体优选为圆台或正棱台或正棱锥，

所述的磁芯，当所述垂直于磁芯纵轴的横截面优选为圆形或边数≥4的正多边形时，优选在磁芯表面平行于磁芯纵轴的方向上加工出一个底面为平面的槽，所述槽底面大于7mm×4mm的矩形。

所述的磁芯，还优选在磁芯表面沿着垂直于纵轴的方向加工出一个或数个线圈定位槽，用于定位线圈。所述线圈定位槽可以围绕磁芯一周，也可以部分围绕磁芯。所述线圈定位槽宽度2mm，深度≥0.1mm。

一种RFID标签天线，由紧密绕在如前所述磁芯周围的线圈构成，所述线圈平面与垂直于磁芯纵轴的横截面平行，所述线圈匝数N＝5-15。优选N＝7-12。

本发明提供的标签天线和用于这种天线的磁芯，采用将天线线圈中加入磁芯的方法，显著降低了天线的面积，同时通过优选磁芯的长径比范围，使得制备的天线既能保证最大感应距离，又最大限度的降低了天线的体积。，相同线圈匝数的天线，与不加磁芯相比，线圈截面积仅为15-20％，而磁芯高度也仅为0.8-1.5cm。可以满足要求对RFID标签天线更加小型化的要求，并且特别有利于制作个性化的RFID标签。特别的，当将磁芯两端加工为外凸起的曲面或台体或锥体时，尽管减少了磁芯的体积，但我们意外的发现，得到的磁芯在制备成天线后和同样高度的，两端为平面的磁芯最大感应距离几乎相同。更加利于制备成小型化和个性化的RFID标签。

本发明提供的RFID标签天线，在限制了磁芯的长度的情况下，也达到了较好的提高最大感应距离效果，成功的降低了标签天线的截面积。并不代表采用长径比更高的磁芯时，无法实现在降低天线截面积的目的。也不代表采用截面积更大的磁芯无法得到感应距离合适的天线。

附图说明：

图1是实施例1磁芯的主视图

图2是实施例1磁芯的顶视图

图3是实施例1磁芯的底视图

图4是实施例1磁芯的左视图

图5是实施例2磁芯的主视图

图6是实施例2磁芯的顶视图

图7是实施例2磁芯的底视图

图8是实施例2磁芯的左视图

图9是实施例3磁芯的主视图

图10是实施例3磁芯的顶视图

图11是实施例3磁芯的底视图

图12是实施例3磁芯的左视图

图13是实施例4磁芯的主视图

图14是实施例4磁芯的左视图

具体实施方式

本发明实施方式制得的天线可以用于各种13.56MHz的非接触式IC卡，所述非接触IC卡指所有具有天线以非接触方式工作的集成电路卡，如：具有CPU模块的CPU卡，不含CPU模块的逻辑加密卡(如Mifare、Felick)等。本发明采用Philips Mifare MF IC S50芯片，读写设备采用北京易火眼科技有限公司生产的YHY632F型读写器，其读卡距离为0-9cm。

对比实施例

采用截面积为直径2.3cm的圆形的绕线线圈天线，采用0.1mm漆包线绕制，线圈匝数N＝＝11，经读卡器测试，有效读卡距离为4.5cm

实施例1

采用镍锌铁氧体磁芯，磁芯为柱状体，分为圆柱体部分1和球冠部分2和2’，磁芯总高14mm，圆柱体1直径为10mm，高度也为10mm，球冠部分位于磁芯两端，球冠所在球的球体直径为14mm，所述球冠的球面所在球，球心位于磁芯纵轴中心，球冠部分2和2’高度均为2mm。在圆柱体侧面，磁芯表面于磁芯纵轴的方向上加工出一个线圈定位平面3，定位平面在磁芯表面成一个通槽3’，平面3为通槽3’的底面，平面3为8mm×5mm的矩形，矩形的长边a垂直于圆柱体横截面，并且与磁芯圆柱体1部分外外圆柱面直接相交，平面3的短边距圆柱体上下面均1mm。在磁芯圆柱表面距上下两端距离相等的位置，沿圆柱体外周圆的圆弧加工出一个线圈定位槽用于固定线圈(附图中未绘出)，槽宽1.5mm，槽深0.1-0.2mm，槽长为圆柱外周圆的半圆弧的弧长，线圈定位槽位于为与槽3相对的圆柱外周圆半圆弧上。

磁芯主视图见图1，后视图与主视图相同，左视图见图4，右视图与左视图相同，顶视图见图2，底视图见图3

天线线圈采用0.1mm漆包线绕制，线圈平面垂直于磁芯圆柱体截面，定位于线圈定位槽4上。线圈匝数N＝11。并将芯片固定到槽3中，使天线和芯片构成一个RFID标签整体。

经读卡器测试，有效读卡距离为4.5cm。

实施例2

采用镍锌铁氧体磁芯，磁芯为柱状体，分为圆柱体部分1和圆台部分2和2’，磁芯总高14mm，圆柱体1直径为10mm，高度也为10mm，磁芯表面于磁芯纵轴的方向上加工出一个线圈定位平面3，，平面3与磁芯纵轴平行且垂直于圆柱体横截面的两条长边之间距离5mm，并且与磁芯圆柱体1部分外外圆柱面直接相交，并且沿平面3与圆台部分的外表面也直接相交。相应的，得到的磁芯左视图和右视图均为球冠。线圈定位槽如实施例1方法制作，圆台部分2和2’的高度均为2mm，圆台上底面的直径为6mm，轴截面的等腰梯形下底角为45°。并将芯片固定到槽3中，使天线和芯片构成一个RFID标签整体。

磁芯主视图见图5，后视图与主视图相同，左视图见图8，右视图与左视图相同，顶视图见图6，底视图见图7

天线线圈采用0.1mm漆包线绕制，线圈平面垂直于磁芯圆柱体截面，定位于线圈定位槽上。线圈匝数N＝11。

经读卡器测试，有效读卡距离为4.5cm。

实施例3

采用镍锌铁氧体磁芯，磁芯为柱状体，分为圆柱体部分1和双层圆台部分2和2’，磁芯总高14mm，圆柱体1直径为10mm，高度也为10mm，圆柱体1部分包括圆柱体上加工的定位平面3与线圈定位槽与实施例1的圆柱体部分完全相同。双层圆台部分2和2’的高度均为2mm，分别分为上圆台2.1和2.1’以及下圆台2.2和2.2’，下圆台2.2和2.2’的高度均为1mm，下圆台轴截面的等腰梯形下底角为45°。上圆台2.1和2.1’的高度也均为1mm，上圆台的下底面与下圆台上底面完全重合，上圆台轴截面的等腰梯形下底角为24°。上圆台上底面圆的直径为3.5mm

天线线圈采用0.1mm漆包线绕制，线圈平面垂直于磁芯圆柱体截面，定位于线圈定位槽上。线圈匝数N＝11。并将芯片固定到定位平面3中，使天线和芯片构成一个RFID标签整体。

磁芯主视图见图9，后视图与主视图相同，左视图见图12，右视图与左视图相同，顶视图见图10，底视图见图11。

经读卡器测试，有效读卡距离为4.5cm。

实施例4

采用锌锰铁氧体磁芯，磁芯为两端为曲面2”的柱状体，是横截面为正方形的长方体与球体的差集实体，以长方体为集合A，球体为集合B，得到的柱状体为A∩B，作为集合A的长方体横截面为边长5mm的正方形，高度为14mm，作为集合B的球体，直径也为14mm，球心与长方体中心重合。

磁芯主视图见图13，后视图、顶视图、底视图均与主视图相同，左视图见图14，右视图同左视图。

天线线圈采用0.1mm漆包线绕制，线圈平面与磁芯横截面重合，线圈上下两端距磁芯上下两端的距离相等。线圈匝数N＝11。经读卡器测试，有效读卡距离为4.0cm。

Claims

1.一种用于RFID标签天线的软磁铁氧体磁芯，磁芯长径比为0.5-3，所述长径比定义为磁芯长度与垂直于磁芯纵轴的横截面的等效直径d之比，所述等效直径d计算公式如下：d＝(S/π)^0.5×2，S为垂直于磁芯纵轴的横截面面积，π为圆周率，7mm2＜S＜180mm2。

2.如权利要求1所述的磁芯，其特征是所述磁芯的长径比优选为1-3。

3.如权利要求1或2所述的磁芯，其特征是所述垂直于磁芯纵轴的横截面任意两点间的最大距离为3-15mm。

4.如权利要求1-3任一所述的磁芯，其特征是所述的横截面面积，25mm2＜S＜130mm2。

5.如权利要求1-4任一所述的磁芯，其特征是所述垂直于磁芯纵轴的横截面优选为圆形或边数≥4的正多边形。

6.如权利要求1-5任一所述的磁芯，其特征是所述磁芯优选加工成两端为向外凸起的曲面(2，2’，2”)或台体(2，2’)或锥体的柱状体，所述磁芯两端的向外凸起的曲面或台体或锥体高度之和小于磁芯总高度的40％。

7.如权利要求6所述的标签天线，所述向外凸起的曲面，为球面的一部分，所述球面所在球优选为为以磁芯中心为圆心，磁芯高度为直径的球。

8.如权利要求6所述标签天线，所述台体或椎体优选为圆台或正棱台或正棱锥。

9.如权利要求1所述标签天线所述标签天线，当所述垂直于磁芯纵轴的横截面优选为圆形或边数≥4的正多边形时，优选在磁芯表面平行于磁芯纵轴的方向上加工出一定位平面(3)，所述平面大于7mm×4mm的矩形。

10.一种RFID标签天线，由紧密绕在如权利要求1-9任一所述磁芯周围的线圈构成，所述线圈平面与垂直于磁芯纵轴的横截面平行，所述线圈匝数N＝5-15。