CN103022683A

CN103022683A - 一种源于eng材料的双面超小型uhf rfid标签天线

Info

Publication number: CN103022683A
Application number: CN2013100037976A
Authority: CN
Inventors: 李莉; 王霖川
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2013-01-06
Filing date: 2013-01-06
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种源于ENG材料的双面超小型UHF RFID标签天线，属于射频识别技术领域。所述标签天线在基板正反两面蚀刻(或采用其它技术方法)导体作为天线结构，其中，一面为远小于工作波长的电小贴片偶极子，另一面为源于ENG材料的弯折线结构，标签芯片与电小贴片偶极子的两臂相连。所述标签天线可应用于UHF或微波等频段，以中心频率为915MHz，芯片采用Monza 4为例，采用本发明所述结构的标签天线总体积仅为19.2*32*0.7mm³(0.059*0.098*0.002λ³)，具有较宽的工作带宽、全向性和广泛的适用性，只需简单调节就可应用于其它标签芯片和工作频率。本发明提供了一种解决标签天线进一步小型化问题的方法，特别适合在RFID票务系统、门禁系统等需要标签天线小型化和全向性的领域进行应用。

Description

一种源于ENG材料的双面超小型UHF RFID标签天线

技术领域

本发明涉及一种射频识别电子标签，尤其是超小型、全向性的电子标签。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，简称RFID)技术是一种通过无线射频方式进行非接触式双向数据通信，从而对目标加以识别的技术。射频识别系统通常由阅读器和电子标签组成。电子标签由标签芯片和标签天线组成，通过电磁波与读写器进行数据交换，具有智能读写和加密通信等功能。标签天线是RFID系统中至关重要的组成部分，RFID系统通过标签天线发射、接收电磁波，从而实现阅读器对电子标签的识别。

射频识别系统主要工作在低频、高频、超高频和微波频段。其中，工作在超高频(UHF)频段的射频识别系统由于具有体积小、读取距离远、数据传输速率高等优点而受到广泛关注和研究。目前，超高频标签天线多采用单面弯折偶极子结构，通过不同方法优化弯折形状来达到减小体积和提高性能等目标，但是，基于这种单面弯折偶极子结构的标签天线体积仍然较大，性能也不够好，需要采用其它原理和结构来进一步改进。

发明内容

本发明的目的是将一种源于ENG(Negative Permittivity)材料的近场谐振寄生结构——弯折线引入超高频标签天线的设计中，设计一种区别于单面弯折偶极子天线的新型标签天线结构，从而实现使标签天线进一步小型化并且具有较高性能的目标。采用本发明所述结构的标签天线体积超小，并且具有较宽的工作带宽、全向性和广泛的适用性，只需简单调节就可应用于其它标签芯片和工作频率。本发明提供了一种解决标签天线进一步小型化问题的方法，特别适合在RFID票务系统、门禁系统等需要标签天线小型化和全向性的领域进行应用。

本发明的技术方案为：

一种源于ENG材料的双面超小型UHF RFID标签天线，其特征在于，所述标签天线包括：双面天线结构、基板、RFID标签芯片；

所述双面天线结构位于所述基板正反两面；所述RFID标签芯片与所述双面天线结构中的电小贴片偶极子的两臂相连。

所述天线采用双面导体结构，分别位于基板两面，一面为电小贴片偶极子，另一面为弯折线结构。

所述电小贴片偶极子的长度和宽度可以调整。

所述弯折线结构的各边长度、线宽、弯折圈数、弯折弧度、各边之间的几何位置关系可以分别调整。

所述RFID标签芯片和所述电小贴片偶极子在所述基板上的位置可以在所述基板上调整。

所述双面天线结构不只限于RFID领域，也可用于其它需要应用天线的领域。

本发明的有益效果是：

通过在远小于工作波长的电小贴片偶极子附近引入源于ENG材料的弯折线结构，提出了一种新型双面超小型RFID标签天线结构，不仅使标签天线总体积得到进一步减小，而且还具有较好的性能。双面天线的各面天线结构之间没有直接的电气连接，通过耦合传递电流，通过调整电小贴片偶极子的长度、宽度，以及弯折线结构的各边长度和线宽，可以实现对标签天线的输入阻抗实部和虚部的调整，实现自匹配，从而进一步减少了单面弯折偶极子天线需要增加匹配网络所占的空间。最终，采用本发明所述结构的标签天线体积超小，并且具有较宽的工作带宽、全向性和广泛的适用性，只需简单调节就可应用于其它标签芯片或输入阻抗为其它值的天线应用领域。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明工作于915MHz时的优选实施例的结构示意图。

图2是本发明工作于915MHz时的优选实施例的电小贴片偶极子(位于基板一面)的示意图。

图3是本发明工作于915MHz时的优选实施例的弯折线结构(位于基板另一面)的示意图。

图4是本发明工作于915MHz时的优选实施例(理想无耗)的S11参数仿真图。

图5是本发明工作于915MHz时的优选实施例(理想无耗)的输入阻抗仿真图。

图6是本发明工作于915MHz时的优选实施例的E面和H面增益仿真图。

图中，1.RFID标签芯片，2.电小贴片偶极子，3.基板，4.弯折线结构。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，是本发明一种源于ENG材料的双面超小型UHF RFID标签天线的优选实施例的结构示意图。本实施例包括FR4(ε_r＝4.4，μ_r＝1)基板3、RFID标签芯片1(本实施例中使用的是Monza 4芯片，工作频率为915MHz时的阻抗为11-j143Ω)、电小贴片偶极子2、弯折线结构4，根据不同条件和需求，电小贴片偶极子2和弯折线结构4可采用铜、铝或银等导体加工。本发明说明书中所提的仿真结果均为理想无耗情况下的结果。

如图2所示，是本发明工作于915MHz时的优选实施例的电小贴片偶极子(位于基板一面)的示意图。图中，RFID标签芯片1与电小贴片偶极子2的两臂相连，均位于尺寸为19.2*32*0.7mm³的FR4基板3的一面，其中，RFID标签芯片1应位于基板3的中心位置。此外，增加(减小)电小贴片偶极子2的宽度可以减小(增加)标签天线输入阻抗的实部，增加(减小)电小贴片偶极子2的长度可以降低(提高)工作频率。

如图3所示，是本发明工作于915MHz时的优选实施例的弯折线结构(位于基板另一面)的示意图。图中，弯折线结构4位于基板3的另一面，由一个弯折线结构镜像对称得到，工作频段的变换可以通过调整弯折线结构的各边长度、线宽和弯折圈数实现，通过合理调整电小贴片偶极子和弯折线结构，可以满足各国UHF频段RFID应用标准。

如图4和图5所示，是本发明工作于915MHz时的优选实施例的S11参数和输入阻抗仿真图。此优选实施例在915MHz时的输入阻抗实部为10.76Ω，虚部为143.73Ω，与Monza 4RFID标签芯片的11-j143Ω阻抗形成了很好的共轭匹配。

如图6所示，是本发明工作于915MHz时的优选实施例的E面和H面增益仿真图，由图可见，本发明所述标签天线具有很好的全向性。

注：假设将本发明所述标签天线的中心放置于三维直角坐标系的原点且芯片与XOZ面共面，所述标签天线的电小贴片偶极子轴线沿Z方向放置，则所述标签天线的E面为XOZ面，H面为XOY面。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明内容所做的等效变换，或将本发明直接/间接运用在具体设备或者其它相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种源于ENG材料的双面超小型UHF RFID标签天线，其特征在于，所述标签天线包括：双面天线结构、基板、RFID标签芯片；

2.根据权利要求1所述的标签天线，其特征在于，所述天线采用双面导体结构，分别位于基板两面，一面为电小贴片偶极子，另一面为弯折线结构。

3.根据权利要求1或2所述的标签天线，其特征在于，所述电小贴片偶极子的长度和宽度可以调整。

4.根据权利要求1或2所述的标签天线，其特征在于，所述弯折线结构的各边长度、线宽、弯折圈数、弯折弧度、各边之间的几何位置关系可以分别调整。

5.根据权利要求1所述的标签天线，其特征在于，所述RFID标签芯片和所述电小贴片偶极子在所述基板上的位置可以在所述基板上调整。

6.根据权利要求1或2所述的标签天线，其特征在于，所述双面天线结构不只限于RFID领域，也可用于其它需要应用天线的领域。