CN102820531B - 具有补偿结构的rfid标签天线、rfid标签及系统 - Google Patents
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Abstract
提供具有补偿结构的RFID标签天线、RFID标签及系统。该RFID标签天线具有：电介质基板(3)；导体接地部(2)，覆盖整个面地设置在电介质基板(2)的一个主面上；导体辐射部(4)，覆盖整个面地设置在电介质基板(3)的另一个主面上；馈电部(5)，设置在电介质基板(3)的长度方向上的一个端面上，具有第一馈线(51)和第二馈线(52)，该第一馈线(51)和第二馈线(52)分别与导体接地部(2)和导体辐射部(4)电连接；导体补偿部(7)，设置在与电介质基板(7)的长度方向平行的两个端面中的至少一个端面上，导体接地部(2)和导体辐射部(4)经由该导体补偿部(7)电连接。
Description
技术领域
本发明涉及RFID标签天线、RFID标签及系统，特别地涉及适于贴在金属物体上进行无线通信的RFID标签天线、RFID标签及系统。
背景技术
最近，为了实现流通物流管理、商品管理等的高效化，国际上广泛应用着RFID(Radio Frequency Identification：射频识别)系统。RFID系统由具有芯片的RFID标签、与该RFID标签进行无线通信的阅读器或读写器构成。
上述RFID系统中的RFID标签不仅要满足小型化的要求，更应该工作性能可靠，通信距离足够长。然而，RFID标签是安装在各种物体上来使用的，所以受到来自安装对象的影响而其天线性能及通信距离等发生变化。尤其是，当安装对象为金属面时，工作性能的可靠性变差，而且通信距离将明显降低。
为了即使将RFID标签安装在金属面上也不会降低天线的性能且在各个位置上能拥有稳定的认识率，专利文献1的发明提供了一种具有地面为金属体的微带天线的小型化射频识别标签。图10示出了该射频识别标签。如该图10所示，该射频识别标签的微带贴片天线包括相互连接的供电部31及放射部30，而且所述放射部30两侧至少具有一切口32。
从微带天线的相关技术上看，微带天线的有效辐射面积对其增益的影响很大，直接影响RFID标签的通信距离及通信频率的带宽。在微带天线的其他参数不变的情况下，其有效辐射面积越大，RFID标签的通信距离越长，其通信频率带宽也得到改善。
然而，在现有技术中，为了得到正常工作的微带天线，必须在用于安装辐射面的主面上留出空间来形成微带天线的阻抗匹配网络以及用于调节微带天线的谐振频率的结构。专利文献1的发明也不例外。在放射部上所形成的若干个切口，就是为了形成阻抗匹配网络以及用于调节谐振频率的结构。为此，在专利文献1的发明中牺牲掉了放射部的有效辐射面积。可见，从增加有效辐射面积来提高微带天线的性能的角度考虑，专利文献1的发明还有很大的改善空间。
专利文献1：CN101728647A
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种具有补偿结构的RFID标签天线、RFID标签及系统，在不改变标签整体尺寸及各个部件的材料的情况下，上述RFID标签天线、RFID标签及系统能够提升通信距离，而且能够提高带宽性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种具有补偿结构的RFID标签天线，其特征在于，具有：电介质基板，其形状为薄板状的长方体；导体接地部，其设置在上述电介质基板的上下两个主面中的一个主面上，并覆盖该一个主面的整个面；导体辐射部，其设置在上述电介质基板的上下两个主面中的另一个主面上，并覆盖该另一个主面的整个面；馈电部，其设置在上述电介质基板的长度方向上的一个端面上，并具有第一馈线和第二馈线，该第一馈线和第二馈线分别与上述导体接地部和上述导体辐射部电连接；导体补偿部，其设置在与上述电介质基板的长度方向平行的两个端面中的至少一个端面上，上述导体接地部和上述导体辐射部经由该导体补偿部电连接，上述导体补偿部的靠近上述馈电部一侧的端部与该导体补偿部所处的端面的远离上述馈电部一侧的端部之间的距离l满足关系式l<(H+L)/2，其中，H为上述电介质基板的高度，L为上述电介质基板的长度。
在本发明的RFID标签天线中，馈电部及导体补偿部发挥现有技术中的RFID标签天线的阻抗匹配网络及用于调节谐振频率的结构的功能，而且该馈电部及导体补偿部位于RFID标签天线的端面，所以能够使导体辐射部及导体接地部分别覆盖电介质基板的两个主面的整个面，从而在不改变标签整体尺寸及各个部件的材料的情况下，能够提升通信距离且能够提高带宽性能。
在本发明的RFID标签天线中，利用设置在电介质基板的端面上的导体补偿部，能够补偿因缩小标签天线尺寸而造成的电长度损失，从而能够进一步实现RFID标签的小型化。尤其是，导体补偿部的靠近馈电部一侧的端部 与该导体补偿部所处的端面的远离馈电部一侧的端部之间的距离l满足关系式l<(H+L)/2(其中，H为电介质基板的高度，L为电介质基板的长度)时，利用导体补偿部的电长度补偿效果更加有效。
在本发明的上述具有补偿结构的RFID标签天线中，上述导体补偿部的靠近上述馈电部一侧的端部位于与上述天线的谐振频率相对应的位置。
在上述RFID标签天线中，通过改变导体补偿部的靠近馈电部一侧的端部的位置，将RFID标签天线的电长度调节为所希望的长度，从而使RFID标签天线实现所希望的谐振频率。
在本发明的上述具有补偿结构的RFID标签天线中，优选地，在与上述电介质基板的长度方向平行的两个端面上分别都设置有导体补偿部。而且，优选地，两个上述导体补偿部彼此对称且使用相同的导电材料。“两个导体补偿部彼此对称”是指，两个导体补偿部各自在上述两个端面上的位置彼此对称且形状相同，也就是说，两个导体补偿部关于与上述两个端面各自的距离相同且与上述两个端面平行的平面彼此对称。
在上述RFID标签天线中，通过采用两个彼此对称的导体补偿部，能够使RFID标签天线的导体接地部和导体辐射部上的电流分布变得更加均匀，从而进一步能够提升通信距离且能够提高带宽性能。
在本发明的上述具有补偿结构的RFID标签天线中，优选地，上述导体补偿部具有上下对称的形状。而且，优选地，上述第一馈线和第二馈线上下对称。
在上述RFID标签天线中，导体接地部和导体辐射部上下对称，导体补偿部具有上下对称的形状，第一馈线和第二馈线上下对称，即整个RFID标签天线具有上下对称的结构，所以在RFID标签天线的各个部件采用同一导体材料的情况下，该RFID标签天线在生产过程中和使用过程中完全无需区分正反向，这有利于提高生产效率以及便于使用。
在本发明的上述具有补偿结构的RFID标签天线中，优选地，上述第一馈线和第二馈线上下对称，上述第一馈线和第二馈线分别具有关于上述馈电部所处的端面在左右方向上的中心线对称的形状。还有，上述第一馈线和第二馈线在上述电介质基板的宽度方向上具有与上述天线的谐振频率相对应的宽度。
在上述RFID标签天线中，通过改变第一馈线和第二馈线的宽度，能够将RFID标签天线的电长度调节为所希望的长度，从而使RFID标签天线实现所希望的谐振频率。
在本发明的上述具有补偿结构的RFID标签天线中，优选地，上述电介质基板、上述导体接地部、上述导体辐射部、上述第一馈线、上述第二馈线及导体补偿部由高导电率粉末固化而成。
为了实现上述目的，本发明还提供一种RFID标签，其特征在于，具有：如上所述的具有补偿结构的RFID标签天线；芯片，其分别与上述第一馈线和上述第二馈线电连接。其中，上述导体补偿部具有能够使该RFID标签天线与上述芯片达到阻抗匹配的宽度。
为了实现上述目的，本发明还提供一种RFID系统，其特征在于，具有：如上所述的RFID标签；与该RFID标签进行无线通信的阅读器或读写器。
根据以上的结构可知，若采用本发明，则在不改变标签整体尺寸及各个部件的材料的情况下，上述RFID标签天线、RFID标签及系统能够提升通信距离，而且能够提高带宽性能。也就是说，在保持通信距离及带宽性能不变的情况下，能够进一步实现RFID标签及天线的小型化。
图1是示出了本发明的RFID系统的示意图。
附图说明
图2是用于说明本发明的RFID标签的立体图。
图3是本发明的RFID标签的仰视图。
图4是本发明的RFID标签的俯视图。
图5是本发明的RFID标签的左视图。
图6是示出了本发明的RFID标签天线的电长度的示意图。
图7是示出了本发明的RFID标签天线不具有导体补偿部时的电长度的示意图。
图8是用于说明本发明的RFID标签天线的导体补偿部的宽度和RFID标签天线的电长度之间的关系的示意图。
图9是用于说明本发明的RFID标签天线的馈电部的宽度和RFID标签天线的电长度之间的关系的示意图。
图10是示出了现有技术的RFID标签的示意图。
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
具体实施方式
<RFID系统及RFID标签的结构>
图1是示出了本发明的RFID系统的示意图，图2是用于说明本发明的RFID标签的立体图。
首先，参照图1，说明本发明的RFID系统100的结构。本发明的RFID系统100包括：RFID标签1，其安装在钢铁制品、模具、制造设备等金属物体M上；读写器RW，其与RFID标签1非接触地进行信息的读写。例如，在将RFID标签1安装在不锈钢板材等通过肉眼难以识别的钢铁制品上并进行出入库、盘点等作业时，RFID系统100通过可便携的读写器RW来进行对象物体的拣选(picking)、成品检查，或者在将RFID标签1安装在模具或制造设备上并进行盘点或实物确认时等，利用RFID系统100来进行管理。
另外，在本发明的RFID系统100中，读写器RW能够利用可便携的读写器RW，也能够利用固定式的读写器RW，并且读写器RW也可以是阅读器。
接着，参照图2来说明RFID标签1的结构。
如图2所示，RFID标签1具有导体接地部2、电介质基板3、导体辐射部4、馈电部5、芯片6及导体补偿部7。
图3是本发明的RFID标签1的仰视图。
如图3所示，导体接地部2设置在电介质基板3的一个主面上，并覆盖该主面的整个面。
上述电介质基板3由陶瓷电介质，或者FR4、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯及聚酰亚胺等合成树脂材料形成，其形状为薄板状的长方体。在本发明中，电介质基板3优选采用陶瓷电介质。
图4是本发明的RFID标签1的俯视图。
如图4所示，导体辐射部4设置在上述电介质基板3的另一个主面上，并覆盖该另一个主面的整个面。
图5是本发明的RFID标签1的左视图。
如图2及5所示，馈电部5设置在上述电介质基板3的长度方向上的一个端面上，并具有第一馈线51和第二馈线52，该第一馈线51和第二馈线52分别与上述导体接地部2和上述导体辐射部4电连接。该第一馈线51和第二馈线52优选采用上下对称的结构。还有，优选使上述第一馈线51和第二馈线52分别具有关于上述馈电部5所处的电介质基板3的端面在左右方向上的中心线对称的形状。
如图5所示，芯片6分别与上述第一馈线51和上述第二馈线52电连接。
返回到图2，导体补偿部7设置在与上述电介质基板3的长度方向平行的两个端面中的至少一个端面上，上述导体接地部2和上述导体辐射部4经由该导体补偿部7电连接。在发明中，优选在与上述电介质基板3的长度方向平行的两个端面上分别都设置一个导体补偿部7，而且使这两个导体补偿部7彼此对称。该导体补偿部7具有弧形、带状矩形、三角形等形状，优选具有带状矩形等上下对称的结构。
上述RFID标签1的导体接地部2、导体辐射部4、馈电部5及导体补偿部7由导电性材料构成，如铜、铝、不锈钢或银等。在本发明中，导体接地部2、导体辐射部4、馈电部5及导体补偿部7优选由银等高导电率粉末固化而成。
在上述RFID标签1的结构中，导体接地部2、电介质基板3、导体辐射部4、馈电部5及导体补偿部7相当于本发明的RFID标签天线。
<导体补偿部对RFID标签天线的电长度的补偿作用>
下面，参照图6及图7来说明导体补偿部7对RFID标签天线的电长度的补偿作用。
图6是示出了本发明的RFID标签天线的电长度的示意图。图7是示出了本发明的RFID标签天线不具有导体补偿部7时的电长度的示意图。
如图6的(a)、(b)所示，本发明的RFID标签天线的电长度大致为箭头①、②、③、④、⑤的长度之和。
而如图7的(a)、(b)所示，本发明的RFID标签天线不具有导体补偿部7时的电长度大致为箭头⑴、⑵、⑶的长度之和。
在图6的(a)中的馈电部5和图7的(a)中的馈电部5的形状等各参数未改变的情况下，箭头①、②的长度之和显然等于箭头⑴、⑵的长度之和。由于箭头④的长度为电介质基板3的高度H，箭头⑶的长度为电介质基板3的长度L，所以在箭头③、④、⑤的长度之和大于箭头⑶的长度的情况下，即在导体补偿部7的靠近馈电部5一侧的端部与该导体补偿部7所处的端面的远离馈电部5一侧的端部之间的距离l满足关系式l<(H+L)/2的情况下，本发明的RFID标签天线的电长度通过导体补偿部7得到有效的补偿。因此，利用比现有技术更小尺寸的RFID标签天线，就能够实现在UHF(860Mhz～960Mhz)频段内的通信。
仔细观察图6及图7，则不难看出，若导体补偿部7的远离馈电部5一侧的端部与该导体补偿部所处的端面的远离馈电部一侧的端部相重叠，则导体补偿部7的宽度w变为w＝l，此时，在导体补偿部7的宽度w满足关系式w<(H+L)/2的情况下，本发明的RFID标签天线的电长度通过导体补偿部7得到有效的补偿。
图8是用于说明本发明的RFID标签天线的导体补偿部7的宽度和RFID标签天线的电长度之间的关系的示意图。
当向图8中的箭头A方向缩小导体补偿部7的宽度时，如图6的(a)、(b)所示那样由箭头①、②、③、④、⑤的长度之和来示出的RFID标签天线的电长度会增加，从而能够使RFID标签天线的谐振频率降低，而当向箭头A的反方向增加导体补偿部7的宽度时，能够使RFID标签天线的谐振频率升高。
另外，理所当然地，在不改变导体补偿部7的宽度的情况下，只通过使导体补偿部7整体平移，也能够使导体补偿部7的靠近馈电部5一侧的端部移动，这样也能够使RFID标签天线的电长度改变，从而改变RFID标签天线的谐振频率。
<馈电部对RFID标签天线的电长度的补偿作用>
下面，参照图6及9来说明馈电部5对RFID标签天线的电长度的补偿作用。
图9是用于说明本发明的RFID标签天线的馈电部的宽度和RFID标签 天线的电长度之间的关系的示意图。
当向图9中的箭头B方向缩小馈电部5的第一馈线51及第二馈线52在上述电介质基板3宽度方向上的宽度时，由图6的(a)中的箭头①、②的长度之和来示出的RFID标签天线的局部电长度会变小，从而能够使RFID标签天线的谐振频率升高，而当向箭头B的反方向增加馈电部5的第一馈线51及第二馈线52的宽度时，能够使RFID标签天线的谐振频率降低。
<导体补偿部对RFID标签天线的阻抗匹配作用>
想要让芯片从RFID标签天线获得最大的功率，应该使两者达到阻抗匹配。当RFID标签所采用的芯片已被确定的情况下，必须通过调节RFID标签天线的输入阻抗来使芯片和RFID标签天线达到阻抗匹配。
本发明的发明人发现，通过改变本发明的RFID标签天线的导体补偿部7的宽度，可以达到芯片和RFID标签天线的阻抗匹配。
<本发明的RFID标签与现有的RFID标签的性能比较>
发明人制作了如上所述结构的测试用RFID标签，并与专利文献1(该专利文献1的申请人与本发明的申请人为同一个申请人)所公开的现有技术的RFID标签进行了性能比较。
发明人所制作的测试用RFID标签具有如图2、3、4、5所示的形状，其各参数如下。
电介质基板：材料为陶瓷电介质，尺寸为长12×宽7×高3mm；
第一馈线和第二馈线：形状都为带状矩形，大小彼此相同，覆盖电介质基板的大致整个端面；
导体补偿部：采用两个导体补偿部，宽度为4mm，而且导体补偿部7的远离馈电部5一侧的端部与该导体补偿部所处的端面的远离馈电部一侧的端部相重叠，即w＝l；
芯片：美国Alien公司制，型号：H3
其他：导体接地部、导体辐射部、馈电部及导体补偿部由银粉末固化而成。
将专利文献1中的RFID标签制作成各部件的相应尺寸与测试用RFID 标签相同，并作为这次的性能比较中的比较对象。
性能比较的内容包括RFID标签的通信距离及其工作频率带宽。
在RFID标签的通信距离的测定中，使用了Voyantic公司制的Tagformance Lite system测试系统。测定的结果，本发明的RFID标签的通信距离为2.7米，而比较对象的RFID标签的通信距离为2.1米，本发明的RFID标签的通信距离明显得到提升。
在RFID标签的工作频率带宽的测定中，使用Voyantic公司制的Tagformance Lite system测试系统，测定了读写距离大于2米时的工作频率带宽。测定的结果，本发明的RFID标签的工作频率带宽为905Mhz～935Mhz即30Mhz，而比较对象的RFID标签的工作频率带宽为917Mhz～923Mhz即6Mhz，本发明的RFID标签的工作频率带宽性能明显得到提高。
本发明公开的上述实施方式只是例示，而不可视为限定。本发明的范围并不仅限定于如上所述的内容，而是由权利要求书的范围来示出，包括与权利要求书中的各技术特征等同的技术方案以及在权利要求书的范围内的所有变形。
Claims (9)
1.一种具有补偿结构的RFID标签天线，其特征在于，具有：
电介质基板，其形状为薄板状的长方体；
导体接地部，其设置在上述电介质基板的上下两个主面中的一个主面上，并覆盖该一个主面的整个面；
导体辐射部，其设置在上述电介质基板的上下两个主面中的另一个主面上，并覆盖该另一个主面的整个面；
馈电部，其设置在上述电介质基板的长度方向上的一个端面上，并具有第一馈线和第二馈线，该第一馈线和第二馈线分别与上述导体接地部和上述导体辐射部电连接；
导体补偿部，其设置在与上述电介质基板的长度方向平行的两个端面中的至少一个端面上，上述导体接地部和上述导体辐射部经由该导体补偿部电连接，上述导体补偿部的靠近上述馈电部一侧的端部与该导体补偿部所处的端面的远离上述馈电部一侧的端部之间的距离l满足关系式l<(H+L)/2，其中，H为上述电介质基板的高度，L为上述电介质基板的长度。
2.如权利要求1所述的具有补偿结构的RFID标签天线，其特征在于，上述导体补偿部的靠近上述馈电部一侧的端部位于与上述天线的谐振频率相对应的位置。
3.如权利要求1或2所述的具有补偿结构的RFID标签天线，其特征在于，在与上述电介质基板的长度方向平行的两个端面上分别都设置有导体补偿部。
4.如权利要求3所述的具有补偿结构的RFID标签天线，其特征在于，两个上述导体补偿部彼此对称且使用相同的导电材料。
5.如权利要求1或2所述的具有补偿结构的RFID标签天线，其特征在于，上述导体补偿部具有上下对称的形状。
6.如权利要求1或2所述的具有补偿结构的RFID标签天线，其特征在于，
上述第一馈线和第二馈线上下对称，
上述第一馈线和第二馈线分别具有关于上述馈电部所处的端面在左右方向上的中心线对称的形状。
7.如权利要求1或2所述的具有补偿结构的RFID标签天线，其特征在于，上述第一馈线和第二馈线在上述电介质基板的宽度方向上具有与上述天线的谐振频率相对应的宽度。
8.一种RFID标签，其特征在于，
具有：
权利要求1至7中任一项所述的具有补偿结构的RFID标签天线，
芯片，其分别与上述第一馈线和上述第二馈线电连接；
上述导体补偿部具有能够使该RFID标签天线与上述芯片达到阻抗匹配的宽度。
9.一种RFID系统，其特征在于，具有：
权利要求8所述的RFID标签；
与该RFID标签进行无线通信的阅读器或读写器。
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