CN103280631A

CN103280631A - Rfid特种标签用pifa天线

Info

Publication number: CN103280631A
Application number: CN2013101578279A
Authority: CN
Inventors: 孙伟; 陈强; 张火荣; 李琳; 冯子义
Original assignee: SENSESTONE TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: SENSESTONE TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2013-04-28
Filing date: 2013-04-28
Publication date: 2013-09-04

Abstract

一种RFID特种标签用PIFA天线，包括一块方形的介质陶瓷块（21），上表面有一个上电极（22），下表面有一个下电极（23），一个侧面上有一个馈电电极，在馈电电极的中部有一条芯片安装缝隙（26），馈电电极的下半部分（24）与下电极电气相连，馈电电极的上半部分（28）与上电极之间有一条耦合缝隙（27），前端面上有一个短路电极（25）。馈电电极的上半部分与上电极之间的耦合缝使PIFA天线在小型化时，仍然可以实现需求的阻抗设计，达到与芯片阻抗的共轭匹配。短路电极的宽度可以根据需要进行调整，从而改变天线的中心频率，在产品制成后，还可以对短路电极的宽度进行修正，提高产品的一致性水平。

Description

RFID特种标签用PIFA天线

技术领域

本发明涉及一种电子标签的天线的结构，一种RFID特种标签用PIFA天线。

背景技术

RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称电子标签、无线射频识别技术，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，即可进行快速、批量识别，可以使用在IT、医疗、工具等资产管理的场合。RFID系统一般包括电子标签、读写器两部分。电子标签装设在被标识物体上，用来存储被标识物体的身份信息。读写器与电子标签进行无线通信，可以实现对标签中数据信息的写入和读取。电子标签中的天线是整个系统中的关键部件，其设计和性能水平很大程度上决定着标签的性能，包括作用距离，一致性等。电子标签的天线可分为偶极子天线、微带天线、PIFA天线（Planar Inverted-F Antenna，即平面倒F天线）等多种类型，应用于不同的场合。

已有的PIFA天线的结构如图1所示，包括一块方形的介质陶瓷块11，介质陶瓷块的上表面有一个上电极12，作为天线的辐射面，介质陶瓷块的下表面有一个下电极13作为接地电极，介质陶瓷块的侧面上有一个短路电极15和一个馈电电极14，短路电极与上电极及下电极电气相连，馈电电极的中部有一条芯片安装缝隙16，将馈电电极分成上、下两部分，芯片跨在缝隙之上，与缝隙两边的电极相焊接或用金属线相连接。这种PIFA天线可以使用在金属物体的表面，利用金属物体的表面来作为接地面。这种PIFA天线的尺寸一般为20mm×12mm×3mm，其制作的标签作用距离为2～6m。

发明内容

本发明旨在提出一种RFID特种标签用PIFA天线的结构，能使天线小型化。

这种RFID特种标签用PIFA天线包括一块方形的介质陶瓷块，介质陶瓷块的上表面有一个上电极，作为天线的辐射电极，介质陶瓷块的下表面有一个下电极，作为接地电极，介质陶瓷块的一个侧面上有一个馈电电极，在馈电电极的中部有一条芯片安装缝隙，将馈电电极分成上、下两部分，馈电电极的下半部分与下电极电气相连，馈电电极的上半部分与上电极之间有一条耦合缝，介质陶瓷块的前端面上有一个短路电极，短路电极与上电极及下电极电气相连。

这种RFID特种标签用PIFA天线，由于馈电电极的上半部分与上电极之间有一条耦合缝，作为辐射电极的上电极与馈电电极没有直接相连，使PIFA天线在小型化时，仍然可以实现需求的阻抗设计，达到与芯片阻抗的共轭匹配，即使PIFA天线的长度减小到12mm以下时，其制作的标签仍可达到4m以上的作用距离。此外，短路电极的宽度可以根据需要进行调整，从而改变天线的中心频率，使其飘移至不同的应用频段上。由于短路电极单独位于介质陶瓷块的前端面上，在产品制成后，还可以对短路电极的宽度进行修正，从而修正生产过程中造成的频率误差，提高产品的一致性水平。

附图说明

图1为已有的采用微波陶瓷制作的PIFA天线；

图2为本发明提出的RFID特种标签用PIFA天线的结构图；

图3为RFID特种标签用PIFA天线的制作过程示意图；

图4为利用本发明的PIFA天线制作的RFID特种标签的测试距离图。

具体实施方式

如图2所示，这种RFID特种标签用PIFA天线包括一块方形的介质陶瓷块21，介质陶瓷块的上表面上有一个上电极22作为天线的辐射电极，介质陶瓷块的下表面上有一个下电极23作为接地电极，介质陶瓷块的一个侧面上有一个馈电电极，在馈电电极的中部有一条芯片安装缝隙26，将馈电电极分成上、下两部分28、24，馈电电极的下半部分24与下电极23电气相连，馈电电极的上半部分28与上电极22之间有一条耦合缝隙27，介质陶瓷块的前端面上有一个短路电极25，短路电极与上电极22及下电极23电气相连。

这种RFID特种标签用PIFA天线中的介质陶瓷块21的上表面和下表面可以成正方形，也可以成长方形。

这种RFID特种标签用PIFA天线中的介质陶瓷块21可以由介电常数为90～140的高介电常数的微波介质陶瓷来制作，例如BaO-PbO-Nd₂O₃-TiO₂系列微波材料或CaO-Li₂O-Ln₂O₃-TiO₂系列微波材料。上电极22的长度与天线的工作频率有关，该长度等于目标工作频率的信号在介质陶瓷体21中传播时四分之一波长。高介电常数的微波陶瓷材料对电磁波的波长有一种缩小效应，可极大地缩小天线的尺寸。当目标频率为RFIDUHF（860～960MHz）时，这种天线长度方向的尺寸可以做到小于10mm。

馈电电极24、28位于沿长度方向的一个侧面上，馈电电极的位置和尺寸等决定着PIFA天线的特性阻抗，是PIFA天线设计时的关键。上电极22与馈电电极的上半部分28之间的耦合缝27，使得在PIFA天线小型化时，仍然能够保证天线特性阻抗与芯片的阻抗达到共轭匹配。因为实现了天线与芯片的阻抗匹配，在安装了芯片后，最终制作出的RFID特种标签其作用距离明显增大，例如，采用介电常数为95的BaO-PbO-Nd₂O₃-TiO₂系微波陶瓷材料制作的一种小型化PIFA天线，其长度尺寸小于12mm（实际尺寸为：10mm×6mm×3mm），其制作的标签平均作用距离可以达到4m以上，如图4所示。

短路电极25与上电极22和下电极23相连。设计时，短路电极的宽度可以根据需要进行调整，从而改变天线的中心频率，以制作不同工作频率范围的PIFA天线。在天线生产中，由于材料性能的波动，工艺误差等因素引会引起天线的频率在目标范围之外波动，此时，也可以用电磨头等工具对短路电极的宽度进行修正，使天线的频率微调，重新回到目标范围之内。

如图3所示，这种RFID特种标签用PIFA天线可以用下述方法来制作：

（一）用微波介质陶瓷烧制图3（a）所示的一块介质大片31，并进行厚度和端面研磨，其厚度由PIFA天线的目标厚度所决定。

（二）在第一步制作好的介质大片的正面和背面分别印刷上电极层32和下电极33，并通过烧银的工序使其与介质的表面牢固结合，如图3（b）所示。

（三）通过划片等机械加工方式将介质大片加工成m×n只介质块，m和n取决于目标尺寸的设计。每只介质块已经包括了介质陶瓷体21、上电极22和下电极23，如图3（c）所示。

（四）将第三步所得的介质块进行滚磨等工艺处理，使切割形成的呈直角状的棱边倒成圆角，以利于后续电极加工时与现有电极层的可靠连接，如图3（d）所示。

（五）对第四步所得的介质块进行最后两个电极面的印刷。先印刷馈电电极面24、28，该电极面的尺寸和形状已由事先的设计决定，包含了耦合缝隙，馈电极的上半部分28与上电极22中间的耦合缝隙27的尺寸应达到设计要求。馈电电极的下半部分24与下电极23可靠连接。最后印刷短路电极25，短路电极25与上电极22和下电极23实现可靠连接。上述电极完成烧银后形成最终的PIFA天线产品，如图3（e）所示。

用本发明所制成的PIFA天线，其长度约为9～12mm，宽度5～8mm，厚度2～3mm，具体取决于选用的微波陶瓷材料的介电常数和应用场合的要求。

Claims

1.一种RFID特种标签用PIFA天线，包括一块方形的介质陶瓷块（21），介质陶瓷块的上表面有一个上电极（22）作为天线的辐射电极，介质陶瓷块的下表面有一个下电极（23）作为接地电极，介质陶瓷块的一个侧面上有一个馈电电极，在馈电电极的中部有一条芯片安装缝隙（26），将馈电电极分成上、下两部分（28、24），馈电电极的下半部分（24）与下电极电气相连，其特征是馈电电极的上半部分（28）与上电极之间有一条耦合缝隙（27），介质陶瓷块的前端面上有一个短路电极（25），短路电极与上电极及下电极电气相连。

2.如权利要求1所述的RFID特种标签用PIFA天线，其特征在于所述的介质陶瓷块（21）的上表面和下表面成正方形。