CN102521645B - 宽频带抗金属射频识别标签及其金属表面专用安装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽频带抗金属射频识别标签及其金属表面专用安装结构，其标签基板的正面设有标签贴片天线和芯片，贴片天线包括第一部分和第二部分并分别通过第一馈线和第二馈线与芯片之间电气连接，标签基板两端的立面处分别对称设置第一短路墙和第二短路墙，第一耦合线单元和第二耦合线单元对称设置于第一馈线和第二馈线两侧附近，使天线本体和耦合天线单元之间形成电容性耦合结构。本发明金属表面专用安装结构为在金属表面形成容纳标签的金属表面内陷构造空间，标签固定设置于金属表面内陷构造空间中。标签在不需要额外增加吸波材料的情况下，可以获得与粘贴在普通物体表面情况下接近的读写性能，并且该种射频识别标签带宽较大，尺寸较小。

Description

宽频带抗金属射频识别标签及其金属表面专用安装结构

技术领域

本发明涉及一种RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）标签，尤其是涉及一种能够与金属体一体化结合使用的射频识别标签及其金属表面专用安装结构。

背景技术

RFID技术是一种非接触式无线射频识别技术。在RFID技术中，需要的信息存储在包括IC（Integrated Circuit，集成电路）芯片和用于无线通信的天线的标签中；并且能够采集标签信息的RFID读取器在LF（Low Frequency,低频）、UHF(Ultra High Frequency，超高频)、RF（Radio Frequency，射频）、MWF（Microwave Frequency,微波频段）频段与标签通信。

由于各个国家无线电法规的不同，UHF Passive RFID系统在不同地区或国家的工作频段也不同。例如美国（US）频段为902-928MHz，欧盟（EU）频段为865.6-867.6MHz。标签要能在该国家或地区能够读取就必须同时能够在这两个频段范围之内都能够工作。

普通射频识别标签粘贴到金属物体上时，由于金属物体产生与标签天线表面反向的电流，导致标签的读取距离急剧下降，甚至不能读取。工作于UHF频段的射频识别标签对金属和液体等环境比较敏感，导致这种工作频率的无源标签(Passive tag)难以在具有金属表面的物体或液体环境下进行工作。众所周知，无法读取金属或液态物体上的无线射频标签是制约RFID技术应用的因素之一。另外，由于为了激活标签使其能够工作，IC芯片等效电路的Q值普遍较高。这导致大多数的标签带宽很窄，无法适应宽频带工作。或者导致标签工作频率的漂移从而造成读取距离锐减甚至不能读取。

通常的解决方法是在标签与金属体之间添加一层吸波材料，但是，由于厚度有限，加上吸波材料本身的特性，将会造成标签天线的辐射效率下降，不能获得同样的标签在普通物体表面稳定的读取性能。另外，通常的UHF频段具有宽频带特性的标签尺寸较大，选择性不理想，不适合小型金属工具的管理应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够与金属体一体化结合使用的宽频带抗金属射频识别标签，可以有效解决现有技术中存在的问题，本发明射频识别标签在不需要额外增加吸波材料的情况下，可以获得与粘贴在普通物体表面情况下接近的读写性能，并且该种射频识别标签带宽较大，尺寸较小，适合根据不同的选择在多种金属表面应用。

为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种宽频带抗金属射频识别标签，其标签基板的正面设有标签贴片天线和芯片，其标签基板的背面设有接地面，整个射频识别标签能固定于金属表面，在整个射频识别标签的工作表面上，贴片天线以芯片为中心对称设置，贴片天线包括固定于标签基板的正面上的贴片天线本体和耦合天线单元，贴片天线本体包括两部分，分别为设于靠近标签基板长度方向两端的第一部分和第二部分，贴片天线本体两部分分别通过第一馈线和第二馈线与芯片之间电气连接，第一部分和第二部分之间形成平面空区，第一馈线、第二馈线和芯片连成一线并将平面空区分隔为两部分，标签基板两端的立面处分别对称设置第一短路墙和第二短路墙，第一部分和第二部分分别通过第一短路墙和第二短路墙与接地面电气连接，耦合天线单元设置于平面空区内，耦合天线单元包括对称设置于第一馈线和第二馈线两侧附近的第一耦合线单元和第二耦合线单元，使天线本体和耦合天线单元之间形成电容性耦合结构。

作为本发明技术方案的改进，上述第一部分和第二部分包括开槽结构，开槽结构的开槽数量小于6个。

上述开槽结构形状为矩形、圆形、方形或多边形。

上述开槽结构包括横向或纵向开槽结构。

作为本发明技术方案的一种进一步改进，第一部分和第二部分的宽度皆与标签基板宽度相等。

作为本发明技术方案的又一种进一步改进，第一短路墙和第二短路墙的宽度不超过标签基板的宽度。

上述第一馈线和第二馈线分别通过铝线或导电胶与芯片之间电气连接。

上述标签基板选取相对介电常数为2.5～150之间的介质材料。

上述天线本体、耦合天线单元、第一短路墙、第二短路墙和接地面的材料为铜或铝。

本发明宽频带抗金属射频识别标签应与金属表面专用安装结构相配合使用，在金属表面形成容纳金属射频识别标签的金属表面内陷构造空间，射频识别标签固定设置于金属表面内陷构造空间中。

上述射频识别标签的工作表面与金属表面内陷构造空间的上缘金属表面平齐，射频识别标签的侧面与金属表面内陷构造空间的侧立面之间设有空隙。

上述射频识别标签与金属表面内陷构造空间的空隙内为空气、填充双面背胶或填充树脂。

上述射频识别标签通过粘剂固定在金属表面内陷构造空间的底部或通过固定材料内嵌到金属表面内陷构造空间中。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 本发明采取了馈线附近引入耦合元件的方法，进而能够充分地在较小尺寸的标签上降低射频识别标签工作频率，并且采用对称的设计提高了其宽频带特性，增加了辐射电阻。

2. 本发明射频识别标签可以直接内嵌在金属体的表面，克服了现有技术中必须依靠隔离板或吸波材料、带宽窄的缺点，具有较好的技术效果，非常适合粘贴到金属物体表面或嵌入到金属物内部使用，例如铝板，扳手，集装箱外壳等，可以实现对小型金属物件的管理和标识，并且可工作于美国及欧洲无源RFID频段。本发明射频识别标签还可以嵌入到金属表层使用，仍然可以获得良好的最大读取距离。

3. 本发明射频识别标签与一般的采用偶极子贴片天线或者折合偶极子天线设计的UHF射频识别标签相比，本发明的天线尺寸大幅减小，宽频带特性较好。

4.采用本发明安装方式后，射频识别标签与被嵌入物体之间可以良好地融为一体，与一般“突出”的安装方法相比，标签不易脱落。

5. 宽频带抗金属射频识别标签及其金属表面专用安装结构制造加工方便，成本低，安装使用稳定性好，延长了频识别标签的工作寿命。

附图说明

图1是本发明实施例一的射频识别标签结构示意图。

图2是本发明实施例二的射频识别标签结构示意图。

图3是本发明实施例二的射频识别标签在不同频率下在金属上或自由空间中（on/off metal）读取距离的测试结果曲线图。

图4是本发明实施例三的射频识别标签嵌入到金属表面的侧剖视图。

具体实施方式

结合附图，对本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

参见图1，一种宽频带抗金属射频识别标签，其标签基板8的正面设有标签贴片天线和芯片9，其标签基板8的背面设有接地面7，整个射频识别标签能固定于金属表面，在整个射频识别标签的工作表面上，贴片天线以芯片9为中心对称设置，贴片天线包括固定于标签基板8的正面上的贴片天线本体和耦合天线单元，贴片天线本体包括两部分，分别为设于靠近标签基板8长度方向两端的第一部分1和第二部分2，贴片天线本体两部分分别通过第一馈线11和第二馈线12与芯片9之间电气连接，第一部分1和第二部分2之间形成平面空区，第一馈线11、第二馈线12和芯片9连成一线并将平面空区分隔为两部分，标签基板8两端的立面处分别对称设置第一短路墙5和第二短路墙6，第一部分1和第二部分2分别通过第一短路墙5和第二短路墙6与接地面7电气连接，耦合天线单元设置于平面空区内，耦合天线单元包括对称设置于第一馈线11和第二馈线12两侧附近的第一耦合线单元3和第二耦合线单元4，使天线本体和耦合天线单元之间形成电容性耦合结构。在本实施例中，第一部分1、第二部分2、第一耦合单元3和第二耦合单元4位于标签基板8的基材表面的同一水平面上。由于采取了馈线附近引入耦合元件的方法，进而能够充分地在较小尺寸的射频识别标签上降低其工作频率，并且采用对称的设计提高了其宽频带特性，增加了辐射电阻。该射频识别标签可以直接固定于金属体的表面，克服了现有技术中必须依靠隔离板或吸波材料、带宽窄的缺点。本发明的天线尺寸大幅减小，宽频带特性较好。本发明非常适合粘贴到金属物体表面使用，例如铝板，扳手，集装箱外壳等，并且可工作于美国及欧洲无源RFID频段。

本发明的工作原理如下：读写器发送的电磁波被标签天线所接收。在读取距离范围内，标签天线捕获的电磁能量通过第一部分1和第二部分2将获得的使芯片9能工作的激活能量以及数据信息传递给芯片9。第一耦合线单元3和第二耦线合单元4在第一馈线11和第二馈线12周围通过耦合调节匹配。当芯片9获得了能正常工作所需要的能量后，存储在芯片9中的信息经标签天线发送回读写器，完成读取标签信息的过程。

在本实施例中，优选第一部分1和第二部分2的宽度皆与标签基板8宽度相等，或为了天线图案的加工精度，标签基板8宽度留有比天线尺寸稍大的微小余量，约0.2mm左右。第一部分1和第二部分2的宽度与标签基板8宽度相等可以简化加工制造的复杂程度，并有效保证整个射频识别标签的工作表面的面积，使射频识别标签具有良好的收发射频信号的能力。

在本实施例中，第一短路墙5和第二短路墙6的宽度优选不超过标签基板8的宽度。第一短路墙5和第二短路墙6使第一部分1和第二部分2分别与接地面7电气连接，可以不作为天线工作面的辐射面，第一短路墙5和第二短路墙6的宽度可以小于标签基板8的宽度，也可以采用短接线、短接导电带等方式时使贴片天线与接地面7电气连接，短接线、短接导电带等方式调整尺寸可以微调标签天线的输入阻抗。

在本实施例中，第一馈线11和第二馈线12分别通过铝线或导电胶与芯片9之间电气连接。采用铝线或导电胶作为导电材料具有成本低、易于加工制作等特点，第一馈线11和第二馈线12与芯片9之间可以通过小段银线或者其他良导体引脚绑定铝线或导电胶使得芯片9分别与第一馈线11、第二馈线12之间电气连接。

在本实施例中，标签基板8选取相对介电常数为2.5～150之间的介质材料，基板是射频识别标签的承载体，为了保证本发明射频识别标签的电磁性能，基板的材料应该是高阻抗、低介电损耗的有机材料板材或无机材料板材，如高分子材料、强化玻璃、陶瓷，可以保证贴片天线的工作效率。

在本实施例中，天线本体、耦合天线单元、第一短路墙5、第二短路墙6和接地面7的材料为铜或铝，成本较低，能够满足电信号传输的要求。

实施例二：

本实施例与实施例一的技术方案基本相同，不同之处在于：

参见图2，在本实施例中，第一部分1和第二部分2包括开槽结构10，开槽结构10的开槽数量小于6个。在本实施例中，通过开槽结构10的调节，可以有效提高天线体的电磁特性，贴片天线的电磁特性与天线阻抗有关，一般的均匀阻抗天线的电磁特性主要取决于天线的电长度，因此本发明射频识别标签多了一种调节天线体电磁特性的自由度，从而使设计本发明射频识别标签时更加灵活。

在本实施例中，上述开槽结构10形状为矩形、圆形、方形或多边形，对开槽结构10形状的选择增加了设计本发明射频识别标签的多样性，使本发明射频识别标签设计更加灵活。

在本实施例中，开槽结构10包括横向或纵向开槽结构，横向或纵向开槽易于加工，使设计和制造本发明的标签的天线体更加容易。在本实施例中，参见图2，一共开设4个与标签基板8长度方向垂直的横向的开槽结构10。以射频识别标签尺寸为37*12*3mm为例，参见图3，从图中可以看出EU和US频段采用本发明结构的射频识别标签可以稳定达到2.5m以上读取距离。但总体来看，射频识别标签在自由空间中（off metal）的性能不及在金属上（on metal）的性能。在自由空间中（off metal）情况下，US频段读取距离仅能达到0.5m以上，EU频段读取距离仅能达到1.5m以上。

实施例三：

本实施例与实施例一的技术方案基本相同，不同之处在于：

参见图4，一种宽频带抗金属射频识别标签的金属表面专用安装结构，在金属表面形成容纳金属射频识别标签101的金属表面内陷构造空间102，射频识别标签101内置并固定于金属表面内陷构造空间102中。整个射频识别标签101可以通过双面背胶、胶粘剂等直接固定在金属表面，还可以通过固定材料或专用安装结构内嵌到金属表面内侧凹陷处。在本实施例中，射频识别标签101直接固定安装在金属的表面，可直接嵌入金属表面内陷构造空间102中，本发明射频识别标签101的安装方式和安装结构使射频识别标签101内含于金属表面内陷构造空间102中，可以对射频识别标签101起到保护的作用，并且射频识别标签101及其金属表面专用安装结构制造加工方便，成本低，安装使用稳定性好，延长了频识别标签的工作寿命。

在本实施例中，上述射频识别标签101的工作表面与金属表面内陷构造空间102的上缘金属表面103平齐，射频识别标签101的侧面与金属表面内陷构造空间102的侧立面之间设有空隙。在本实施例中，射频识别标签101的工作表面不低于金属表面内陷构造空间102的上缘金属表面103可以保证射频识别标签101具有很好的射频信息收发特性，使射频识别标签101能够稳定工作；同时，这样本发明射频识别标签101就不容易遭到恶劣工作环境中无意的损毁和蓄意的破坏，有效保护了射频识别标签101芯片内部存储的重要信息。金属表面内陷构造空间102大于射频识别标签101的体积，射频识别标签101的侧面与金属表面内陷构造空间102的侧立面之间设有空隙，也就是说，标签可以与金属内陷区域是不完全匹配，方便射频识别标签101的安装和维护。

在本实施例中，上述射频识别标签101与金属表面内陷构造空间102的空隙内为空气、填充双面背胶或填充树脂，填充物一方面可起到固定本发明射频识别标签101的作用；另一方面也可以实现对本发明射频识别标签101的收到机械振动冲击进行缓冲，吸收冲击能量，保护本发明射频识别标签101；此外，还可以防止灰尘或潮湿的气体进入侵蚀射频识别标签101的部件，使射频识别标签101稳定工作，延长了射频识别标签101的工作寿命。

在本实施例中，上述射频识别标签101优选通过粘剂固定在金属表面内陷构造空间102的底部或通过固定材料内嵌到金属表面内陷构造空间102中。采用本实施例安装方式后，射频识别标签101与被嵌入物体之间可以良好地融为一体，与一般“突出”的安装方法相比，本发明射频识别标签101更加不易脱落。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明宽频带抗金属射频识别标签及其金属表面专用安装结构的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种宽频带抗金属射频识别标签，其标签基板（8）的正面设有标签天线和芯片（9），其标签基板（8）的背面设有接地面（7），其特征在于：整个射频识别标签能固定于金属表面，在整个射频识别标签的工作表面上，所述标签天线以所述芯片（9）为中心对称设置，所述标签天线包括固定于标签基板（8）的正面上的贴片天线本体和耦合天线单元，所述贴片天线本体包括两部分，分别为设于靠近所述标签基板（8）长度方向两端的第一部分（1）和第二部分（2），所述贴片天线本体两部分分别通过第一馈线（11）和第二馈线（12）与所述芯片（9）之间电气连接，所述第一部分（1）和第二部分（2）之间形成平面空区，第一馈线（11）、第二馈线（12）和芯片（9）连成一线并将所述平面空区分隔为两部分，所述标签基板（8）长度方向两端的立面处分别对称设置第一短路墙（5）和第二短路墙（6），所述第一部分（1）和第二部分（2）分别通过所述第一短路墙（5）和第二短路墙（6）与所述接地面（7）电气连接，所述耦合天线单元设置于所述平面空区内，所述耦合天线单元包括对称设置于所述第一馈线（11）和第二馈线（12）两侧附近的第一耦合线单元（3）和第二耦合线单元（4），使所述天线本体和耦合天线单元之间形成电容性耦合结构。

2.根据权利要求1所述的宽频带抗金属射频识别标签，其特征在于：所述第一部分（1）和第二部分（2）包括开槽结构（10），所述开槽结构（10）的开槽数量小于6个。

3.根据权利要求2所述的宽频带抗金属射频识别标签，其特征在于：所述开槽结构（10）形状为矩形、圆形或方形。

4.根据权利要求2所述的宽频带抗金属射频识别标签，其特征在于：所述开槽结构（10）包括横向或纵向开槽结构。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的宽频带抗金属射频识别标签，其特征在于：所述第一部分（1）和第二部分（2）的宽度皆与所述标签基板（8）宽度相等。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的宽频带抗金属射频识别标签，其特征在于：所述第一短路墙（5）和第二短路墙（6）的宽度不超过所述标签基板（8）的宽度。

7.根据权利要求1～4中任意一项所述的宽频带抗金属射频识别标签，其特征在于：所述第一馈线（11）和第二馈线（12）分别通过铝线或导电胶与所述芯片（9）之间电气连接。

8.根据权利要求1～4中任意一项所述的宽频带抗金属射频识别标签，其特征在于：所述标签基板（8）选取相对介电常数为2.5～150之间的介质材料。

9.根据权利要求1～4中任意一项所述的宽频带抗金属射频识别标签，其特征在于：所述天线本体、耦合天线单元、第一短路墙（5）、第二短路墙（6）和接地面（7）的材料为铜或铝。

10.一种如权利要求1所述的宽频带抗金属射频识别标签的金属表面专用安装结构，其特征在于：在金属表面形成容纳所述抗金属射频识别标签（101）的金属表面内陷构造空间（102），所述射频识别标签（101）内置并固定于所述金属表面内陷构造空间（102）中。

11.根据权利要求10所述的金属表面专用安装结构，其特征在于：所述射频识别标签（101）的工作表面与所述金属表面内陷构造空间（102）的上缘金属表面（103）平齐，所述射频识别标签（101）的侧面与所述金属表面内陷构造空间（102）的侧立面之间设有空隙。

12.根据权利要求10所述的金属表面专用安装结构，其特征在于：所述射频识别标签（101）与所述金属表面内陷构造空间（102）的空隙内为空气、填充双面背胶或填充树脂。

13.根据权利要求10～12中任意一项所述的宽频带抗金属射频识别标签，其特征在于：所述射频识别标签（101）通过粘剂固定在金属表面内陷构造空间（102）的底部或通过固定材料内嵌到金属表面内陷构造空间（102）中。