CN103138045B - 微带贴片式rfid标签天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽带/超宽带微带贴片式RFID标签天线，该RFID标签天线具有辐射板(1)、基片(2)以及基片底板(3)，其特征在于：辐射板(1)上具有开槽(7、8)结构，以降低RFID标签天线(9)的谐振频率，缩小天线尺寸，提高RFID标签天线(9)的读取距离。本发明是基于超薄介质1mm及以下的具有小型化、低损耗且能够实现较远距离读取的微带贴片式RFID标签天线，同时本发明的RFID标签天线具有更大的带宽频率范围，可满足RFID标签天线不同UHF频段的差别需求。

Description

微带贴片式RFID标签天线
技术领域
本发明涉及一种RFID标签天线，尤其是涉及一种宽带/超宽带微带贴片式RFID标签天线。
背景技术
RFID(RadioFrequencyIdentification)——射频识别技术，是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术，它包括电子标签(tag)、读写器(reader)两个主要部分组成，附有编码的标签和读写器通过天线进行无接触数据传输，以完成一定距离的自动识别过程。目前的射频识别系统按照使用的频段划分，可以分为低频系统(30～300KHz)、中高频系统(3-30MHz)以及超高频和微波系统(300MHz-3GHz或大于33GHz)。作为快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和消息标椎化的基础，已经被世界公认为本世纪十大重要技术之一，随着UHF频段中国标准的逐渐明朗化以及物流、智能交通、数字景区等应用的需求，UHF频段RFID产品在RFID产业中所占市场份额会越来越大。RFID标签天线和读写器天线作为通信的重要工具，在识别系统中发挥着重要作用。为了在较长的工作距离上快速读取标签上的信息，高频段的系统正备受关注，而RFID标签天线是RFID系统中最易变的部分，并且其设计面临着小型化，共形化、低成本、低损耗的实际要求，所以优化设计RFID标签天线在整个RFID系统中占有重要地位。
目前各系统使用RFID标签天线的频带宽度在其高频范围内仍不尽一致，例如欧洲采用866～868MHz的频段，而美国则采用902～928MHz频段，当RFID标签天线在上述不同地区的不同频带宽度地区进行切换时，现有RFID标签天线由于带宽限制，也很难在不同频带宽度的地区被识别。并且，由于现有RFID标签天线在介质厚度小于1mm或谐振频率低于910MHz时，导致读取距离明显不佳。为取得良好的识别效果，就必须增加现有RFID标签天线的厚度及长宽尺寸，由此带来RFID标签天线外形尺寸增加和成本上涨。
因此，一种新型的具有兼容功能的可远距离识别的小型RFID标签天线成为行业内产品发展的方向。
发明内容
本发明基于超薄介质1mm及以下时设计的微带贴片式RFID标签天线，本发明目的在于提供一种微带贴片式RFID标签天线，其针对工作于金属表面以及非金属表面的微带贴片式RFID标签天线而设计，并且，其在金属表面应用时，表现尤佳，本发明的微带贴片式RFID标签天线，具有小型化、低损耗以及可远距离识别的特点。
本发明提供一种微带贴片式RFID标签天线，包括辐射板、基片以及基片底板，辐射板上具有芯片，其特征在于：辐射板具有第一辐射单元和第二辐射单元，所述芯片位于第一辐射单元和第二辐射单元之间，第一辐射单元上具有第一开槽和第二辐射单元上具有第二开槽，所述的第一开槽和第二开槽相对于芯片对称设置，以降低RFID标签天线的谐振频率，缩小天线尺寸，提高RFID标签天线的读取距离。
本发明的RFID标签天线由于在辐射板上增加了开槽结构，开槽相耦合以降低RFID标签天线的谐振频率，较无开槽时的现有RFID标签天线的尺寸明显缩小，且谐振频率也明显低于现有的RFID标签天线，使得理论上只有2％-5％以下相对带宽的微带贴片式RFID标签天线的相对带宽最大可以提高到10％以上(如表1所示)，从而使得本发明的RFID标签可以在保证小型化尺寸的情况下在更宽的频带范围内使用，满足各个国家对UHF频段RFID的差别需求。
附图说明
图1为本发明的RFID标签天线的结构图；
图2为本发明的RFID标签天线的辐射板平面图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施过程作详细介绍。
参见图1和图2，本发明的宽带/超宽带微带贴片式RFID标签天线9具有基片2以及分别附着于基板上表面的辐射板1和下表面的基片底板3，基片2两侧具有短路面4。
在本发明一较佳实施方式中，本发明的辐射板1具有第一辐射单元5和第二辐射单元6，第一辐射单元5上具有第一开槽7和第二辐射单元6上具有第二开槽8，第一开槽7和第二开槽8的形状为U形，分别位于RFID标签天线9的芯片10两端呈U形槽开口相对形式的对称位置分布。
本发明通过在RFID标签天线9的辐射板上设置开槽结构的方法，有效降低RFID标签天线9的谐振频率，缩小天线尺寸增加了RFID标签天线9的频带宽度。
以下结合表1的数据具体说明。
表1：
表1数据为RFID标签天线辐射单元尺寸相同(均放置在150mm*150mm金属背板上)时，辐射板1上有无开槽结构的两种情况下的相关参数的对比。
关于增益对比的一点说明，本发明在辐射板1上设置有开槽结构的RFID标签天线9的增益G小于无开槽结构的RFID标签天线是因为RFID标签天线自身结构特征决定，RFID标签天线的谐振频率越高，相应的增益G也会增高。表1中的无开槽结构的RFID标签天线的谐振频率较高，在辐射板1上增加开槽结构以后谐振频率下降，相应的增益G也会随之下降。然而当谐振频率一定的情况下，本发明在辐射板1上设置开槽结构的RFID标签天线9的性能明显优于无开槽结构的RFID标签天线。
本领域的辐射频率与波长具有如公式(1)所示的关系：
λ = C f ϵ r , 公式(1)
公式(1)中的C为光速，εr为相对介电常数，f为谐振频率，λ为波长。由公式(1)可以看出，参数频率f与波长λ成反比，而这两个参数与RFID标签天线辐射单元尺寸均相关，据RFID标签天线设计原理，RFID标签天线尺寸需满足1/4波长或者1/2波长的关系，当f频率降低时λ波长也跟随变大，因此设计的RFID标签天线尺寸也会变增加。表1中现有技术的无U形槽的RFID标签天线的谐振频率为997MHz，而本发明的RFID标签天线9的谐振频率可降低为897.5MHz。由此可见，在RFID标签天线辐射单元尺寸相同的情况下，本发明的RFID标签天线9具有更低的谐振频率。如果将无U形槽的RFID标签天线谐振频率调降至897.5MHz时，根据公式(1)可以得知，RFID标签天线尺寸会增加，将会大于本发明的RFID标签天线9的尺寸。同理，在相同谐振频率的情况下，本发明设置有开槽结构7、8的微带贴片式RFID标签天线9比没有U形槽的RFID标签天线尺寸可更小。
虽然，本发明的RFID标签天线9增益G在表1中的数据较无开槽结构的RFID标签天线的增益G减少，该原因是由于谐振频率f较低的原因，RFID标签天线9的增益会随着谐振频率的提高而增加。相同谐振频率条件下，本发明具有开槽结构的RFID标签天线9的增益效果也优于现有技术的RFID标签天线。
因各国使用RFID频率不尽一致，如欧洲的RFID标签天线频率标准为866-868MHz，美国RFID标签天线频率标准为902-928MHz，相同辐射单元尺寸情况下，各种RFID标签天线的反射系数也不尽相同，为说明本专利中有开槽结构7、8的RFID标签天线相对无开槽的RFID标签天线芯片端口反射系数，以本领域所常用的-10db带宽作为反射系数比较标准，见表1数据所示，辐射板1无开槽结构的RFID标签天线带宽只有32.1MHz，很难同时满足上述两个地区的频率要求，相比而言，本发明的在辐射板1上设置有开槽结构的RFID标签天线9的带宽上升至94.4MHz，实现了比现有RFID标签天线更宽的频带范围，可以良好的同时满足欧洲866-868MHz，美国902-928MHz及日本952-954MHz。
以上举例均是本发明较佳实施例的具体说明，然而本发明的具体结构并不仅限于此，本发明的第一开槽7和第二开槽8的形状为竖一字型、U形、M形。
本发明的第一开槽7和第二开槽8的可设置于第一辐射单元5和第二辐射单元6上的与芯片10位置相对称的任意位置。本发明实施例中的开槽数量为两个，本领域技术人员还可根据实际需要，可沿RFID标签天线的芯片10对称位置开设多个若干开槽结构。
基于以上论述的改进，本发明已解决目前一些RFID标签天线的远距离读写难题，使得RFID标签天线的读取距离得以提高，从而可以用于一些有远距离读写需要的实际应用环境中。本发明基于超薄介质1mm及以下时设计，性能表现相比其他而言最为明显，提高了RFID标签天线的带宽范围，使得本发明的RFID标签天线可于更大频宽范围下使用。
以上所述，仅为本发明较佳具体实施例的详细说明与图式，本发明的特征并不局限于此，本发明的所有范围应以下述的范围为准，凡符合于本发明权利要求保护范围的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何熟悉该项技艺者在本发明的领域内，可轻易思及的变化或调整皆可涵盖在以下本发明的权利要求保护范围。

Claims (7)

1.一种微带贴片式RFID标签天线，包括辐射板(1)、基片(2)以及基片底板(3)，辐射板(1)上具有芯片(10)，其特征在于：所述的辐射板(1)具有第一辐射单元(5)和第二辐射单元(6)，所述基片(2)的厚度小于1mm，所述芯片(10)位于第一辐射单元(5)和第二辐射单元(6)之间，第一辐射单元(5)上具有第一开槽(7)和第二辐射单元(6)上具有第二开槽(8)，所述的第一开槽(7)和第二开槽(8)相对于芯片(10)对称设置，以降低RFID标签天线(9)的谐振频率，缩小天线尺寸，提高RFID标签天线的读取距离。
2.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于：所述的第一开槽(7)和所述的第二开槽(8)的形状可以为竖一字形、U形、M形。
3.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于：所述的第一开槽开槽(7)和所述的第二开槽(8)的形状均为U形。
4.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于：所述的第一开槽(7)和所述的第二开槽(8)位于辐射板(1)单元上任意位置。
5.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于：所述的第一开槽(7)和所述的第二开槽(8)的位置分别位于芯片(10)两端的对称位置。
6.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于：所述的第一辐射单元(5)和第二辐射单元(6)上分别具有多个沿芯片(10)的位置对称分布开槽结构。
7.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于，所述基片(2)的两侧还具有短路面(4)。
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