CN103401055B - 一种磁性材料基板的uhf抗金属标签天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁性材料基板的UHF抗金属标签天线，属于电子技术领域。包括矩形承载基板（1）和折合阵子天线（2），所述折合阵子天线（2）固定于矩形承载基板（1）表面；所述矩形承载基板（1）为高Q磁性材料，厚度为0.5mm～4mm；所述折合阵子天线（2）位于矩形承载基板（1）中心位置，折合阵子天线（2）的宽边与同侧矩形承载基板（1）的宽边的最短距离W1，与折合阵子天线（2）的长边与同侧矩形承载基板（1）的长边的最短距离W2满足：1mm≤W1≤20mm，1mm≤W2≤10mm。本发明采用成本较低的高Q磁性材料作为天线的承载基板有效的降低了UHF抗金属标签天线的厚度以及制作成本，并使得大批量、标准化生产成为可能。
Description
技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及射频领域，尤其涉及一种磁性材料基板的UHF抗金属标签天线。
背景技术
UHF(ultrahighfrequency，超高频)抗金属标签是指超高频射频识别抗金属标签。UHF标签天线由于其较远的读取距离而受到广泛的应用，但在很多时候需要对金属物体进行标识，例如汽车、钢瓶、集装箱、武器装备等等；此外，在RFID(RadioFrequencyIdentification,射频识别)系统的应用过程中，金属环境到处存在。普通的UHF标签放置在金属表面时，其辐射电阻急剧降低且与芯片失配，从而导致其读取距离迅速缩短，甚至不能被读取，致使目前UHFRFID系统不能在各行业中大规模的推广应用。因此设计一款可以在金属环境下良好工作的UHF抗金属标签成为行业研究的一个热点。目前改善UHF标签在金属环境下的读取状况的主要方法是增大天线和金属表面的相对距离。随着金属板与标签的距离的增加，金属环境对其影响越来越小，尤其是在距离为天线工作波长的四分之一时，金属板的反射波与标签天线发射的波相互叠加，进一步提升了原标签的增益，使其读取距离比非金属环境下更远。真空中UHF标签天线的四分之一波长约为8cm，而实际生产应用中，笨重厚实的标签占据很大的空间不符合用户的审美观念，并且电子标签越厚，相应的成本也会提高，不利于大规模的产业生产应用。为了减小UHF抗金属标签天线的厚度，业界通常采用陶瓷片或者PVC材料等具有一定介电的材料作为标签天线的基板来缩短标签与金属板之间的空间距离。而磁性材料相对于陶瓷片或者PVC具有介电特性的同时还具有一定的磁性能，可以更有效的缩短标签与金属板之间的空间距离，并且其相接近的介电和磁导率参数可以很好的达到阻抗匹配，从而得到较薄的抗金属标签天线。因此以磁性材料作为抗金属标签天线的基板，设计抗金属标签天线的结构，使其与芯片匹配，并且具有较高的增益，从而在金属环境下得到良好的读取距离。然而在目前的研发手册文献及相类似的抗金属标签天线专利中很少用到磁性材料作为抗金属标签天线的基板，更没有对磁性材料的参数特性、厚度、几何尺寸做相应的说明。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种磁性材料基板的UHF抗金属标签天线，该天线的基板中应用了成本较低、厚度较薄的磁性材料，能够工作在金属表面环境中。
本发明技术方案如下：
一种磁性材料基板的UHF抗金属标签天线，如图1所示，包括矩形承载基板1和折合阵子天线2，所述折合阵子天线2固定于矩形承载基板1表面，所述矩形承载基板1为高Q磁性材料，厚度为0.5mm～4mm；所述折合阵子天线2位于矩形承载基板1中心位置，折合阵子天线2的宽边与同侧矩形承载基板1的宽边的最短距离W1，与折合阵子天线2的长边与同侧矩形承载基板1的长边的最短距离W2满足：1mm≤W1≤20mm，1mm≤W2≤10mm。所述矩形承载基板为高Q磁性材料，其电磁参数如下：磁导率实部：2≤μ′≤30；磁导率损耗正切：tgμ＝μ″/μ′，0<tgμ≤0.3；介电常数实部：2≤ε′≤30；介电损耗正切：tgε＝ε″/ε′，0<tgε≤0.3；其中μ″为磁导率虚部，ε″为介电常数虚部。
需要说明的是，本发明提供的以磁性材料为基板的UHF抗金属标签天线，其中高Q磁性材料的厚度，在一定的范围内，越厚读取距离越远；越薄占据的空间体积越小，但对其电磁参数要求越高；材料的损耗正切越小越好，损耗正切小于0.05效果最好；所选材料损耗正切越大，读取距离越近。材料的电磁损耗参数越大，矩形承载基板对能量损耗越多，天线的增益越小。由于天线的最大读取距离公式为其中λ为自由空间中工作频点的波长，Pt、Gt为阅读天线功率及增益，Gr为标签天线增益，τ为功率传输系数，pth为标签天线芯片阀门电压。在其他参数不变的条件下，天线增益越小，读取距离越短。
本发明提供的磁性材料基板的UHF抗金属标签天线，其中折合阵子天线2包含用于传输信息的金属天线结构和可读写被识别物体信息的集成电路芯片，金属天线结构不唯一，可设计天线，使金属天线结构和基板构成的整体与芯片匹配，确保能量传输功率最大。金属天线结构采用银浆印刷的方式制作于矩形承载基板1的表面，或采用印制电路制作并直接粘结于矩形承载基板1的表面，或采用银浆印刷、印制电路的方式在薄膜或纸上制作再粘结于矩形承载基板1的表面。
本发明提供的磁性材料基板的UHF抗金属标签天线，其中矩形承载基板可为单一磁性材料，在使用过程中与被检测金属表面物品相接。
本发明提供的磁性材料基板的UHF抗金属标签天线工作频率在800MHz-1GHz。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
在满足UHFRFID通信要求的前提下，采用成本低廉的磁性材料作为天线的矩形承载基板，其厚度为0.5mm～4mm，在应用频段标签天线读取距离为1.5m～5m,该方法有效的降低了UHF抗金属标签天线的厚度以及制作成本，使其大批量、标准化生产成为可能。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是磁性材料基板的UHF抗金属标签天线的结构示意图；
图2是磁性材料基板的UHF抗金属标签天线实施例的俯视示意图；
图3是磁性材料基板的UHF抗金属标签天线实施例的侧视示意图；
附图标记：矩形承载基板-1、折合阵子天线-2、折合阵子天线2的宽边与同侧矩形承载基板的宽边的最短距离-W1、折合阵子天线2的长边与同侧矩形承载基板的长边的最短距离-W2。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明，但本发明保护的磁性材料基板的UHF抗金属标签天线并不局限于以下所述的实施例，其他相类似的结构也属于本发明的保护范围内。
实施例
一种实际制作的磁性材料基板的UHF抗金属标签天线，俯视图如图2所示，侧视图如图3所示，包括矩形承载基板1和折合阵子天线2，其中矩形承载基板1为1.8mm磁性材料，其电磁参数如下：μ′＝3.9；μ″＝0.57；ε′＝10.4；ε″＝0.06。折合阵子天线2包含AlienH3芯片以及金属天线结构。设计芯片与整个天线及基板构成的整体匹配，确保能量传输功率最大。所述矩形承载基板1的宽边与折合阵子天线2同侧的宽边最短距离W1＝2mm、矩形承载基板1的长边与折合阵子天线2同侧的长边最短距离W2＝3mm。整个抗金属标签天线尺寸为长110mm、宽14mm、厚1.8mm。应用在国内UHF频段及阅读天线发射功率30dBm、增益6dBi的条件下，标签天线在金属环境中的稳定最短读取距离为1.5m。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (2)
1.一种磁性材料基板的UHF抗金属标签天线，包括矩形承载基板(1)和折合振子天线(2)，所述折合振子天线(2)固定于矩形承载基板(1)表面，其特征在于：所述矩形承载基板(1)为高Q磁性材料，厚度为0.5mm～4mm；所述折合振子天线(2)位于矩形承载基板(1)中心位置，折合振子天线(2)的宽边与同侧矩形承载基板(1)的宽边的最短距离W1，与折合振子天线(2)的长边与同侧矩形承载基板(1)的长边的最短距离W2满足：1mm≤W1≤20mm、1mm≤W2≤10mm；
所述矩形承载基板(1)的电磁参数如下：
磁导率实部：2≤μ′≤30；
磁导率损耗正切：tgμ＝μ″/μ′，0<tgμ≤0.3；
介电常数实部：2≤ε′≤30；
介电损耗正切：tgε＝ε″/ε′，0<tgε≤0.3；
其中μ″为磁导率虚部，ε″为介电常数虚部。
2.如权利要求1所述的UHF抗金属标签天线，其特征在于：所述折合振子天线(2)的金属天线结构采用银浆印刷的方式制作于矩形承载基板(1)的表面，或采用印制电路制作并直接粘结于矩形承载基板(1)的表面，或采用银浆印刷、印制电路的方式在薄膜或纸上制作再粘结于矩形承载基板(1)的表面。
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