CN103427157B - 超高频rfid标签天线、调整装置及其调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超高频RFID标签天线、调整装置及其调整方法，所述超高频RFID标签天线包括衬底和衬底上的天线，所述天线包括第一导体和第二导体，还包括一连接在所述第一导体和第二导体之间的第一电感元件L1，用于提供所述天线的所需操作频率范围。所述调整装置包括所述第一导体和第二导体上分别引出的连接导体线，在所述连接导体线在所述第一导体和第二导体之间串联一个调节元件，以调整所述天线频率维持在所需操作频率范围内。本发明用第一电感元件以取代原有等效电感天线结构，使得所述超高频RFID标签天线在产品开发时快速完成设计，通过连接导体线，在产品调试中通过串联调节元件调整天线参数，以适应应用场景下电磁环境的变化。

Description

超高频RFID标签天线、调整装置及其调整方法

技术领域

本发明涉及无线电领域，特别涉及一种超高频RFID标签天线、调整装置及其调整方法。

背景技术

随着现代社会的日益进步和信息管理领域的巨大需求，射频识别(RadioFrequency Identification，RFID)技术已经逐步应用到众多行业，如物流与供应链管理、防伪和安全控制、交通管理和控制、生产管理等。RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。将RFID标签贴在静止或移动的目标上，可高效地获取目标信息数据。

在RFID系统中，天线是一种以电磁波形式接收或辐射无线电收发机的射频信号功率的装置，是标签与读写器之间传输数据的发射、接收装置。无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线输送到天线本体，以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地后，由天线接收下来，并通过馈线发送到无线电接收机。通常来说，RFID系统的标签天线设计需要考虑以下因素：天线类型、天线阻抗、天线与射频标签集成后的射频性能，以及有其它的物品围绕贴标签物品时的射频性能。

目前，定义RFID产品的工作频段有低频、高频和超高频，其中不同频段的RFID产品会有不同的特性和应用。具体如下：

低频(工作频率从125KHz到135KHz)段内的RFID产品主要是通过电感耦合的方式进行工作，也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用，通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流，可作供电电压使用。低频RFID标签天线主要应用于畜牧业的管理系统、汽车防盗和无钥匙开门系统、马拉松赛跑系统、自动停车场收费和车辆管理系统、自动加油系统、酒店门锁系统的应用以及门禁和安全管理系统等。

高频(工作频率为13.56MHz)段内的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀或者印刷的方式制作天线。感应器一般通过负载调制的方式进行工作。也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。高频RFID标签天线主用应用于服装生产线和物流系统的管理和应用、三表预收费系统、酒店门锁的管理和应用、大型会议人员通道系统、固定资产的管理系统、医药物流系统的管理和应用以及智能货架的管理等。

超高频(工作频率为860MHz到960MHz之间)段内的RFID主要是通过电磁场来传输能量，电磁场的能量下降的不是很快，但是读取的区域不是很好进行定义。该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。其电子标签的天线一般是长条和标签状，天线有线性和圆极化两种设计，满足不同应用的需求。

在白色家电、小家电、小型电子产品中，可将超高频RFID标签集成在产品原有的PCB印刷电路板上，起到以下作用：

在产品不通电的情况下，通过RFID标签直接读取产品信息，方便生产、配送、仓储、零售、维修、回收等产品全生命周期中各个环节的管理；在产品通电的情况下，产品内部的逻辑电路可通过RFID标签芯片的有线接口读写数据，使产品能与RFID读写器进行数据交换，从而实现操作和故障自动记录和查询，以及遥控产品的功能。

然而，超高频RFID标签的印刷电路板板材的电磁参数会随不同的生产工艺、批次而不同，会影响板上RFID天线的性能；电子产品内部的结构各不相同，安装在RFID天线附近的零件也会在不同程度上影响天线性能。

申请号为CN200480038499.X的中国专利提出了一种用于射频识别(RFID)标签的天线设计。该天线包括第一天线元件，其中第一天线元件包括第一导体和第二导体，以及选择第一天线元件来提供天线的所需操作频率范围，以及第二天线元件，其中，将第一部分连在第一导体上，以及第二部分连在第二导体上，以及其中，选择第二天线元件来提供天线的所需阻抗值。

申请号为CN200710119187.7的中国专利提出了一种用于超高频射频识别标签的天线设计，涉及设计电容和电感耦合的标签天线，由介电衬底和设置在介电衬底上的天线单元组成，该天线单元包括第一元件，为天线单元主体，包括第一导体和第二导体，由直线或弯折线组成，用于控制工作频率；第二元件，为第一元件提供良好的电容性耦合，并实现一定范围内的天线电容值可调；第三元件，位于第一元件的第二导体和第二元件组成的闭合空间里，根据其形状和面积以及在闭合空间内的相对位置，为第一元件提供良好的电感性耦合，并实现一定范围内的天线电感值可调。该标签天线能够通过简单调整，与不同标签芯片实现阻抗匹配，同时保证在工作频带范围内具有足够带宽。

上述两种用于超高频射频识别标签的天线都是通过天线单元本体来控制工作频率，通过其它元件来调整超高频射频识别标签的天线的性能，所述用于超高频射频识别标签的天线在产品开发时较缓慢、天线单元设计较繁琐，调节不够灵活。因此，如何提供一种快速设计、简易调整的超高频RFID标签天线十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高频RFID标签天线、调整装置及其调整方法，以快速设计超高频RFID标签天线且简单的调节超高频RFID标签天线。

本发明的技术解决方案是一种超高频RFID标签天线，包括衬底和衬底上的天线，所述天线包括第一导体和第二导体，其特征在于：还包括一连接在所述第一导体和第二导体之间的第一电感元件L1，用于提供所述天线的所需操作频率范围。

作为优选：所述超高频RFID标签天线的所需操作频率为860MHz～960MHz。

本发明还提供一种上述超高频RFID标签天线的调节装置，所述第一导体和第二导体上分别引出连接导体线，通过所述连接导体线在所述第一导体和第二导体之间串联一个调节元件，以调整所述天线的工作频率维持在所需操作频率范围。

作为优选：为提供所述天线所需操作频率范围的第一电感元件L1的当前电感值为L₁，而目标电感值为L₁’，当L₁’大于L₁时，所述调节元件为一个电容元件；当L₁’小于L₁时，所述调节元件为一个电感元件。

作为优选：所述调节元件为电容元件C1，所述电容元件C1的电容值其中f为所述超高频RFID标签天线的操作频率的中心频率。

作为优选：所述调节元件为一个电感元件L2，所述电感元件L2的电感值 $L_2=\frac{L_1{L_1}^{\′}}{L_1-{L_1}^{\′}}.$

作为优选：所述超高频RFID标签天线的所需操作频率为860MHz～960MHz。

本发明还提供一种超高频RFID标签天线的调整方法，提供一超高频RFID标签天线，所述超高频RFID标签天线包括衬底和衬底上的天线，所述天线包括第一导体、第二导体以及连接所述第一导体和第二导体的第一电感元件L1，用于提供天线的所需操作频率范围；

在所述第一导体和第二导体上分别引出连接导体线；

检测所述天线的工作频率，当检测到所述天线的工作频率不在所述天线所需操作频率范围内时，根据第一电感元件L1的当前电感值和目标电感值，在所述第一导体和第二导体之间通过所述连接导体线串联一个调节元件；

所述调节元件产生一个等效电感以调整所述天线的工作频率至所述天线所需操作频率范围内。

作为优选：为提供所述天线所需操作频率范围的第一电感元件L1的当前电感值为L₁，而目标电感值为L₁’，当L₁’大于L₁时，所述调节元件为一个电容元件；当L₁’小于L₁时，所述调节元件为一个电感元件。

作为优选：所述调节元件为电容元件C1，所述电容元件C1的电容值其中f为所述超高频RFID标签天线的操作频率的中心频率。

作为优选：所述调节元件为一个电感元件L2，所述电感元件L2的电感值 $L_2=\frac{L_1{L_1}^{\′}}{L_1-{L_1}^{\′}}.$

作为优选：所述的超高频RFID标签天线的工作频率为860MHz～960MHz。

与现有技术相比，本发明在天线的第一导体和第二导体之间接入第一电感元件以取代原有等效电感天线结构，使得所述超高频RFID标签天线在产品开发时快速完成天线设计，所述第一导体和第二导体上还设有连接导体线，在产品调试中可以通过串联调节元件调整天线参数，以适应各种复杂的应用场景下电磁环境的变化。

附图说明

图1是本发明超高频RFID标签天线的俯视图。

具体实施方式

本发明下面将结合附图作进一步详述：

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

图1示出了本发明超高频RFID标签天线的俯视图。

请参阅图1所示，一种超高频RFID标签天线，包括衬底1和衬底上的天线2，所述天线2包括第一导体21和第二导体22，所述第一导体21和第二导体22的外形、尺寸可使用现有技术中的各种UHF频段双极形天线。所述超高频RFID标签天线还包括一连接在所述第一导体21和第二导体22之间的第一电感元件L1，用于提供所述天线的所需操作频率范围。所述超高频RFID标签天线的所需操作频率为860MHz～960MHz。

本发明还提供一种上述超高频RFID标签天线的调节装置，所述第一导体21和第二导体22上分别引出连接导体线3，通过所述连接导体线3在所述第一导体21和第二导体22之间串联一个调节元件4，以调整所述天线的工作频率维持在所需操作频率范围内。为提供所述天线所需操作频率范围的第一电感元件L1的当前电感值为L1，而目标电感值为L1’，其中所述当前电感值即用于提供所述天线的所需操作频率范围，然而超高频RFID标签天线的印刷电路板板材的电磁参数会随不同的生产工艺、批次而不同，会影响板上RFID天线的性能；电子产品内部的结构各不相同，安装在RFID天线附近的零件也会在不同程度上影响天线性能，为调整所述天线的工作频率维持在所需操作频率范围内的电感值为目标电感值，当L1’大于L1时，所述调节元件为一个电容元件；当L1’小于L1时，所述调节元件为一个电感元件。

优选的，所述调节元件为电容元件C1，所述电容元件C1的电容值其中f为所述超高频RFID标签天线的操作频率的中心频率。

优选的，所述调节元件为一个电感元件L2，所述电感元件L2的电感值 $L_2=\frac{L_1{L_1}^{\′}}{L_1-{L_1}^{\′}}.$

所述超高频RFID标签天线的所需操作频率为860MHz～960MHz。

本发明还提供一种超高频RFID标签天线的调整方法，提供一超高频RFID标签天线，所述超高频RFID标签天线包括衬底1和衬底上的天线2，所述天线2包括第一导体21、第二导体22以及连接所述第一导体21和第二导体22的第一电感元件L1，用于提供天线的所需操作频率范围；

在所述第一导体21和第二导体22上分别引出连接导体线3；

检测所述天线的工作频率，当检测到所述天线的工作频率不在所述天线所需操作频率范围内时，根据第一电感元件L1的当前电感值和目标电感值，在通所述连接导体线3在所述第一导体21和第二导体22之间串联一个调节元件4；所述调节元件4产生一个等效电感以使所述天线的工作频率维持在所述天线所需操作频率范围内。为提供所述天线所需操作频率范围的第一电感元件L1的当前电感值为L₁，而目标电感值为L₁’，其中所述当前电感值即用于提供所述天线的所需操作频率范围，然而超高频RFID标签天线的印刷电路板板材的电磁参数会随不同的生产工艺、批次而不同，会影响板上RFID天线的性能；电子产品内部的结构各不相同，安装在RFID天线附近的零件也会在不同程度上影响天线性能，为调整所述天线的工作频率维持在所需操作频率范围内的电感值为目标电感值，当L₁’大于L₁时，所述调节元件为一个电容元件；当L₁’小于L₁时，所述调节元件为一个电感元件。

优选的，所述调节元件为电容元件C1，所述电容元件C1的电容值其中f为所述超高频RFID标签天线的操作频率的中心频率。

优选的，所述调节元件为一个电感元件L2，所述电感元件L2的电感值 $L_2=\frac{L_1{L_1}^{\′}}{L_1-{L_1}^{\′}}.$

在正常情况下，生产时不需要在连接导体线3之间焊接调节元件4。但当发现由于线路板电磁参数偏差较大或电子产品内部的电磁环境发生变化时，可在连接导体线3之间焊一个小电容或大电感作为调节元件4，用以微调匹配电路，使天线恢复到最佳的工作状态。

当产品的电磁环境变化后，当为提供所述天线所需操作频率范围的电感值从L₁变成L₁’时则在所述第一导体21和第二导体22上的连接导体线3之间串联的调节元件4的性能如下：

当L₁’＞L₁时，则所述调节元件4为一个电容元件C1，所述电容元件C1的电容值其中f是标签天线工作频段的中心频率。

当L1’＜L1时，则所述调节元件4为一个电感元件L2，所述电感元件L2的电感值

所述天线的第一导体21和第二导体22一端连接标签芯片5，标签芯片5可通过本领域已知的任何方式，如通过焊锡、各向同性导电胶(ICA)互联、各向异性导电胶(ACA)互联、非导电胶(NCA)互联和键合互联等几种方式连接在衬底1上。所述衬底1可以是现有技术的任何已知的介电材料，用于衬底的适当的介电材料包括纸板、聚对苯二甲酸乙二醇酯(通称为聚酯或PET材料)、聚萘二甲乙二醇酯(通称为PEN材料)、PET和PEN的共聚物、聚苯乙烯、聚酰亚胺、PVC、聚丙烯或FR4PCB基板等。

本发明在天线的第一导体和第二导体之间接入第一电感元件以取代原有等效电感电线结构，使得所述超高频RFID标签天线在产品开发时快速完成天线设计，所述第一导体和第二导体上还设有连接导体线，在产品调试中可以通过串联调节元件调整天线参数，以适应各种复杂的应用场景下电磁环境的变化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种超高频RFID标签天线的调节装置，所述超高频RFID标签天线包括衬底和衬底上的天线，所述天线包括第一导体和第二导体，一连接在所述第一导体和第二导体之间的第一电感元件L1，用于提供所述天线的所需操作频率范围，其特征在于：所述第一导体和第二导体上分别引出连接导体线，通过所述连接导体线在所述第一导体和第二导体之间串联一个调节元件，以调整所述天线的工作频率维持在所需操作频率范围内。

2.根据权利要求1所述的超高频RFID标签天线的调节装置，其特征在于：为提供所述天线所需操作频率范围的第一电感元件L1的当前电感值为L₁，而目标电感值为L₁’，当L₁’大于L₁时，所述调节元件为一个电容元件；当L₁’小于L₁时，所述调节元件为一个电感元件。

3.根据权利要求2所述的超高频RFID标签天线的调节装置，其特征在于：所述调节元件为电容元件C1，所述电容元件C1的电容值其中f为所述超高频RFID标签天线的操作频率的中心频率。

4.根据权利要求2所述的超高频RFID标签天线的调节装置，其特征在于：所述调节元件为一个电感元件L2，所述电感元件L2的电感值

5.根据权利要求1所述的超高频RFID标签天线的调节装置，其特征在于：所述超高频RFID标签天线的所需操作频率为860MHz～960MHz。

6.一种超高频RFID标签天线的调整方法，其特征在于：包括：

提供一超高频RFID标签天线，所述超高频RFID标签天线包括衬底和衬底上的天线，所述天线包括第一导体、第二导体以及连接所述第一导体和第二导体的第一电感元件L1，用于提供天线的所需操作频率范围；

在所述第一导体和第二导体上分别引出连接导体线；

检测所述天线的工作频率，当检测到所述天线的工作频率不在所述天线所需操作频率范围内时，根据第一电感元件L1的当前电感值和目标电感值，在所述第一导体和第二导体之间通过所述连接导体线串联一个调节元件；

所述调节元件产生一个等效电感以调整所述天线的工作频率至所述天线所需操作频率范围内。

7.根据权利要求6所述的超高频RFID标签天线的调整方法，其特征在于：为提供所述天线所需操作频率范围的第一电感元件L1的当前电感值为L₁，而目标电感值为L₁’，当L₁’大于L₁时，所述调节元件为一个电容元件；当L₁’小于L₁时，所述调节元件为一个电感元件。

8.根据权利要求7所述的超高频RFID标签天线的调整方法，其特征在于：所述调节元件为电容元件C1，所述电容元件C1的电容值其中f为所述超高频RFID标签天线的操作频率的中心频率。

9.根据权利要求7所述的超高频RFID标签天线的调整方法，其特征在于：所述调节元件为一个电感元件L2，所述电感元件L2的电感值

10.根据权利要求6所述的超高频RFID标签天线的调整方法，其特征在于：所述超高频RFID标签天线的所需操作频率为860MHz～960MHz。