CN104868241B - 小型化超高频抗金属多用途rfid标签天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小型化超高频抗金属多用途RFID标签天线。所述标签天线由一层开槽金属片、一层介质材料和一层金属薄膜构成。所述标签天线具有低剖面的特点，天线表面仅15cm2大小，满足南、北美，中国和澳洲的超高频RFID波段（‑10dB工作带宽覆盖902MHz~928MHz）。所述标签天线在金属制品和非金属制品表面都有良好的工作性能。所述标签天线具有广泛的应用场合，如物流管理、生产管理、仓储运输等等。
Description
技术领域
本发明涉及一种小型化超高频抗金属多用途RFID（射频识别）标签天线。
背景技术
随着物流运输、仓储管理等应用需求的不断加大，超高频射频识别（UHF-RFID）技术在近些年受到了越来越多的关注。在很多应用邻域，标签需要贴在金属制品表面。由于金属表面会影响标签天线的性能，所以在诸如把射频识别技术应用在含有大量金属的物品，如全金属制品、古玩文物、钞票硬币、机器车辆等时会遇到很大的挑战。
目前提出的一些抗金属RFID标签天线，体积都比较大，一般的介质层面积都不小于70×70mm2，而金属贴片部分的面积都不小于45×45mm2。过大的天线尺寸给使用带来了不便，而且也容易损坏。现有抗金属标签天线的另一个弱点是，它只能在金属制品上使用，而在其它非金属制品上使用时性能表现不佳。为了节约成本，方便管理，市场迫切需要一种既能用于金属制品又可以用于非金属制品的RFID标签天线。
发明内容
本发明的目的在于，针对市场需求，提供一种小型化超高频抗金属多用途RFID标签天线，它具有剖面低（1.5mm），面积小（15cm2）等优点。而且所述标签天线还可以用于常规物品的仓储管理，如书本钱币，木材家具，水晶玻璃，陶瓷橡胶等等。所述天线在902MHz ~928MHz波段具有良好的表现（S11<-10dB），此波段涵盖了南、北美，中国和澳洲的商用超高频RFID波段。
为达到上述目的，本发明的构思是：
本小型化超高频抗金属RFID多用途标签天线，包括一层介质材料及其表面的金属贴片，金属贴片中镶嵌两端接地的L型微带线。其特征在于：采用非对称结构以缩小天线尺寸。L型微带线一端接RFID芯片构成馈线。金属贴片分为半正六边形的主辐射贴片和半正方形的寄生贴片。为了调节频率并获得良好的辐射特性，采取在主辐射贴片上对称开槽和寄生贴片中端开缝的措施。天线的工作频率主要由主辐射贴片的尺寸和结构决定，寄生贴片可以有效拓展天线的带宽。槽缝的尺寸可以有效提高天线的阻抗匹配调节能力。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种小型化超高频抗金属多用途RFID标签天线，包括从上至下依次为金属贴片A、介质材料B和金属薄膜C三层构成，其中金属贴片A包含主辐射贴片Ar、寄生贴片Ap和L型馈线Af，其特征在于：
所述L型馈线Af为纵向较横向宽的非等宽L型馈线，其纵向和横向端部分别通过短路针1和短路针2接地，并在横向端部接有标签芯片；
所述主辐射贴片Ar呈现半个正六边形的轮廓，主辐射贴片Ar外是所述寄生贴片Ap，寄生贴片Ap和主辐射贴片Ar之间有缝隙4，寄生贴片Ap中端开有缝隙3；
所述主辐射贴片Ar上有呈半圆辐射状开槽；
所述主辐射贴片Ar外侧呈矩形状的寄生贴片Ap；
所述主辐射贴片Ar和寄生贴片Ap为半封闭式；
所述介质材料B尺寸与金属贴片A相同；
用于金属制品表面用途时，所述金属薄膜C可没有；
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出优点：
1. 本设计采用半开放耦合共面波导馈电，达到在不影响天线主要性能的前提下缩小一半尺寸的效果，大大降低了天线的尺寸。
2. 本设计剖面低，其厚度仅为1.5mm（大致相当于0.01个工作波长）。采用软介质材料设计，有利于天线贴在非规则表面。
3. 采用非等宽L型馈线，且在主辐射贴片上辐射型开槽。这可以达到同时满足天线小型化和调节天线阻抗的作用。
4. 通过寄生贴片的引入，有效地增加了天线的带宽宽度。使所述天线满足南、北美，中国和澳洲的商用超高频RFID波段（902MHz ~ 928MHz）。在此频段内达到了工程上的“优秀”标准（S11<-10dB）。
5. 通过在主辐射贴片上开一对斜槽，使天线获得了更加灵活的调节能力。从而使本设计不但在金属制品表面，而且在非金属表面都具有良好的工作性能。拓展了所述天线的工作范围，达到多用途的效果。所述天线在902MHz~928MHz波段（此波段为南、北美，中国和澳洲的商用超高频RFID波段）上，金属制品和非金属制品上都能良好地工作。
附图说明
图1天线俯视及侧视结构示意图（其中上图为下图的俯视图）
图2天线回波损耗仿真曲线图（贴在金属制品表面）
图3天线仿真方向图（贴在金属制品表面，910MHz）
图4天线仿真方向图（贴在金属制品表面，920MHz）
图5天线回波损耗仿真曲线图（贴非在金属制品表面）
图6天线仿真方向图（贴非在金属制品表面，910MHz）
图7天线仿真方向图（贴非在金属制品表面，920MHz）。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例1
参见图1，本小型化超高频抗金属多用途RFID标签天线，包括从上至下依次为金属贴片A、介质材料B和金属薄膜C三层构成。其中金属贴片A包含主辐射贴片Ar，寄生贴片Ap，L型馈线Af等结构。其特征在于：
1)所述L型馈线Af为纵向较横向宽的非等宽L型馈线，其纵向和横向端部分别通过短路针1和短路针2接地，并在横向端部接有标签芯片；
2)所述主辐射贴片Ar呈现半个正六边形的轮廓，主辐射贴片Ar外是所述寄生贴片Ap，寄生贴片Ap和主辐射贴片Ar之间有缝隙4，寄生贴片Ap中端开有缝隙3；
3)所述主辐射贴片Ar上有呈半圆辐射状开槽；
4)所述主辐射贴片（Ar）外侧呈矩形状的寄生贴片（Ap）；
图2~4显示了所述天线在金属制品表面的工作性能。图2显示了天线在金属板上的回波损耗参数，天线在902MHz~928MHz波段（南、北美，中国和澳洲商用超高频RFID波段）达到了工程上S11<-10dB的“优秀”指标。图3和图4分别显示了天线在910MHz和920MHz的方向图，天线在金属板上方空间基本满足全向性特征。天线在910MHz和920MHz的增益分别为-14dBi和-12dBi。满足RFID系统的运用要求。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，特别之处如下：
1)所述主辐射贴片Ar和寄生贴片Ap为全封闭式；
2)所述介质材料B尺寸大于金属贴片A；
3)用于金属制品表面用途时，所述金属薄膜C可没有。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，特别之处如下：所述天线在五种常见物质，分别是干燥木材、纸张、硬橡胶、石英玻璃和瓷器制品等非金属制品表面的工作性能。
图5~7显示了所述天线在上述物品表面的性能参数。图5显示了天线在上述材质物品上的回波损耗参数，图6和图7分别显示了天线在910MHz和920MHz的方向图。天线增益随材质介电常数的增大而增大。在上述材质介电常数的范围内（εr=2~4），天线在910MHz和920MHz的主轴增益分别为-17~-13dBi和-13~-11dBi。所述天线在上述材质物品上时都能满足902MHz~928MHz波段的回波损耗要求，且方向图显示天线在物品上方空间具有较宽波瓣，满足RFID系统的运用要求。
Claims (2)
1.一种小型化超高频抗金属RFID标签天线，包括从上至下依次为金属贴片（A）、介质材料（B）和金属薄膜（C）三层构成，其中金属贴片（A）包含主辐射贴片（Ar）、寄生贴片（Ap）和L型馈线（Af），其特征在于：
1)所述L型馈线（Af）为纵向较横向宽的非等宽L型馈线，其纵向和横向端部分别通过短路针（1）和短路针（2）接地，并在横向端部接有标签芯片；
2)所述主辐射贴片（Ar）呈现半个正六边形的轮廓，主辐射贴片（Ar）外是所述寄生贴片（Ap），寄生贴片（Ap）和主辐射贴片（Ar）之间有缝隙（4），寄生贴片（Ap）中端开有缝隙（3）；
3)所述主辐射贴片（Ar）上有呈半圆辐射状开槽；
4)所述主辐射贴片（Ar）与外侧的寄生贴片（Ap）一起形成矩形状。
2.根据权利要求书1所述的小型化超高频抗金属RFID标签天线，其特征在于：用于金属制品表面用途时，则没有所述金属薄膜（C）。
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