CN104993234B - 一种电子标签天线及电子标识牌 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子标签天线及电子标识牌，将标识牌与RFID技术相结合，不仅可以克服视觉管理的缺陷，也可实现在特殊环境下对人员的管理。该电子标识牌至少包括：设置有凹槽的金属壳体，覆盖于所述金属壳体上表面的陶瓷面板，所述陶瓷面板与所述金属壳体形成一个封闭的腔室，以及设置于所述腔室内的电子标签，其中，所述电子标签包括：金属地，设置于所述金属地上表面的第一胶层，设置于所述第一胶层上的介质基板，设置于所述介质基板上的第二胶层，设置于所述第二胶层上的电子标签天线，以及与所述电子标签天线相接触的电子标签芯片。

Description

一种电子标签天线及电子标识牌

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种电子标签天线及电子标识牌。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是一种利用电磁波进行无线通信的信息技术。根据能量供应方式的不同，RFID系统分为有源系统和无源系统。

由于全球(Ultra High Frequency，UHF)的频段划分不统一，我国无源系统工作频率定义为840～845MHz和920～925MHz两个频段。RFID系统主要由电子标签、读写器和计算机应用软件组成。在无源系统内部，电子标签自身不带有电源，其所需要的能量来自于读写器所发射的电磁场。其通信原理是当电子标签处于读写器所发射的电磁场中时，电子标签天线感应来自于读写器所发射的电磁能量，当感应的电磁能量大于电子标签的最小门限功率时，从而激活电子标签芯片工作，对读写器指令进行响应，以实现电子标签与读写器之间的数据交换，其工作模式为被动模式。

近年来随着物联网技术的不断发展，作为物联网的核心技术之一，RFID技术已经逐渐深入到人们生活的各个领域。电子门票，电子护照，智慧城市，智能旅游，智能工业，电子医疗等重要领域都离不开RFID技术。

在人员管理上，传统纸质电子标签已经难以满足特殊领域的应用需求，例如高温、高湿等环境，且人员携带不便捷。而美国军方为了对军人进行管理采用了传统的标识牌，俗称“狗牌”进行管理，该标识牌通过将人员的信息，喜好铸刻在不锈钢金属牌上，通过人员佩戴，以实现特殊环境下对人员的管理。但这种基于视觉管理的标识牌由于受标识牌外观的影响，很难达到防伪要求。

发明内容

针对上述缺点，本发明的目的在于提供一种电子标签天线及电子标识牌，将电子标识牌与RFID技术相结合，不仅可以克服视觉管理的缺陷，也可实现在特殊环境下对人员的管理。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种电子标签天线，所述电子标签天线包括导体，以及在所述导体上通过蚀刻形成的依次连通的第一横向缝隙，第二纵向缝隙，第三横向缝隙，第四纵向缝隙和第五横向缝隙；

其中，所述第一横向缝隙的一端与所述第二纵向缝隙的一端连接，且所述第一横向缝隙与所述第二纵向缝隙垂直，所述第二纵向缝隙的另一端与所述第三横向缝隙的一端连接，且所述第二纵向缝隙与所述第三横向缝隙垂直，所述第一横向缝隙与所述第三横向缝隙平行，且所述第一横向缝隙和所述第三横向缝隙均在所述第二纵向缝隙的同一侧；所述第三横向缝隙的另一端与所述第四纵向缝隙的一端连接，且所述第三横向缝隙与所述第四纵向缝隙垂直，所述第二纵向缝隙与所述第四纵向缝隙平行，所述第四纵向缝隙的一端连接在所述第五横向缝隙上，所述第五横向缝隙与所述第三横向缝隙和所述第一横向缝隙均平行。

技术方案二：

一种电子标识牌，所述电子标识牌至少包括：设置有凹槽的金属壳体，覆盖于所述金属壳体上表面的陶瓷面板，所述陶瓷面板与所述金属壳体形成一个封闭的腔室，以及设置于所述腔室内的电子标签，

其中，所述电子标签包括：金属地，设置于所述金属地上表面的第一胶层，设置于所述第一胶层上的介质基板，设置于所述介质基板上的第二胶层，设置于所述第二胶层上的电子标签天线，以及与所述电子标签天线相接触的电子标签芯片。

本方案的特点和进一步的改进为：

(1)所述电子标签天线采用微带天线和缝隙天线相结合而形成，所述电子标签天线包括导体，以及在所述导体上通过蚀刻形成的依次连通的第一横向缝隙，第二纵向缝隙，第三横向缝隙，第四纵向缝隙和第五横向缝隙；

其中，所述第一横向缝隙的一端与所述第二纵向缝隙的一端连接，且所述第一横向缝隙与所述第二纵向缝隙垂直，所述第二纵向缝隙的另一端与所述第三横向缝隙的一端连接，且所述第二纵向缝隙与所述第三横向缝隙垂直，所述第一横向缝隙与所述第三横向缝隙平行，且所述第一横向缝隙和所述第三横向缝隙均在所述第二纵向缝隙的同一侧；所述第三横向缝隙的另一端与所述第四纵向缝隙的一端连接，且所述第三横向缝隙与所述第四纵向缝隙垂直，所述第二纵向缝隙与所述第四纵向缝隙平行，所述第四纵向缝隙的一端连接在所述第五横向缝隙上，所述第五横向缝隙与所述第三横向缝隙和所述第一横向缝隙均平行。

(2)所述导体通过所述第二胶层附着于所述介质基板上，所述导体与所述介质基板具有相同的大小和形状，所述介质基板为矩形基板，在所述介质基板的背面设置有金属地，所述金属地为所述介质基板的两端分别沿第一折线和第二折线向所述介质基板的背面弯折而形成。

(3)所述介质基板的一侧设置有切角，所述切角与所述电子标签天线处于同一平面。

更进一步的，所述切角的形状为直角梯形，所述切角位于所述第二折线与所述第一缝隙之间。

(4)所述电子标签芯片通过超声波焊接技术进行固定，并通过黑色环氧树脂进行密封、固化从而形成板上芯片，所述板上芯片焊接于所述电子标签天线的馈电端口上。

更进一步的，所述电子标签天线的馈电端口设置于所述第五缝隙的边缘。

(4)所述电子标签的金属地与第三胶层的上表面相接触，所述第三胶层的下表面与第一隔热层的上表面接触，所述第一隔热层的下表面与第四胶层的上表面相接触，所述第四胶层的下表面与所述金属壳体的内表面相接触；

所述电子标签的电子标签芯片与所述第五胶层的下表面相接触，所述第五胶层的上表面与所述第二隔热层的下表面相接触，所述第二隔热层的上表面与所述第六胶层的下表面相接触，所述第六胶层的上表面与所述陶瓷面板的下表面相接触。

更进一步的，所述金属壳体的材料为316L不锈钢；

所述陶瓷面板的材料为氧化铝；

所述第一胶层、所述第二胶层、所述第三胶层、所述第四胶层、所述第五胶层以及所述第六胶层的材料为3M胶；

与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)该电子标识牌采用医用316L不锈钢，避免了材料对人体的危害；(2)该标识牌主壳体采用不锈钢，面材采用陶瓷，内部采用上下两层隔热材料来保护电子标签天线和芯片，因此，该标签具有耐高温作用，适合应用于高温、高湿等特殊环境中；(3)由于采用了金属壳体，电子标签需要抗金属设计，在本方案中，采用微带天线和缝隙天线技术相结合的方式进行电子标签天线的设计；(4)传统的抗金属电子标签厚度大都大于3mm，在本设计方案中，介质基板选用1mm厚的高密度聚乙烯，使得整个天线的厚度控制在1mm，从而使得电子标识牌整体厚度不大于2.5mm，大大减小了标识牌的体积，使得电子标签牌外观小巧、美观。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的电子标签天线的结构示意图；

图2为本发明提供的电子标识牌的结构示意图一；

图3为本发明提供的电子标签的结构示意图；

图4为本发明提供的电子标识牌的结构示意图二；

图5为本发明提供的COB芯片的结构示意图；

图6为本发明提供的金属壳体的结构示意图；

图7为本发明提供的金属挂链的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种电子标签天线的结构示意图，所述电子标签天线包括导体，以及在所述导体上通过蚀刻形成的依次连通的第一横向缝隙a，第二纵向缝隙b，第三横向缝隙c，第四纵向缝隙d和第五横向缝隙e。

其中，所述第一横向缝隙a的一端与所述第二纵向缝隙b的一端连接，且所述第一横向缝隙a与所述第二纵向缝隙b垂直，所述第二纵向缝隙b的另一端与所述第三横向缝隙c的一端连接，且所述第二纵向缝隙b与所述第三横向缝隙c垂直，所述第一横向缝隙a与所述第三横向缝隙c平行，且所述第一横向缝隙a和所述第三横向缝隙c均在所述第二纵向缝隙b的同一侧；所述第三横向缝隙c的另一端与所述第四纵向缝隙d的一端连接，且所述第三横向缝隙c与所述第四纵向缝隙d垂直，所述第二纵向缝隙b与所述第四纵向缝隙d平行，所述第四纵向缝隙d的一端连接在所述第五横向缝隙e上，所述第五横向缝隙e与所述第三横向缝隙c和所述第一横向缝隙a均平行。

如图2所示，本发明实施例还提供一种电子标识牌，所述电子标识牌至少包括：设置有凹槽的金属壳体1，覆盖于所述金属壳体1上表面的陶瓷面板2，所述陶瓷面板与所述金属壳体1形成一个封闭的腔室，以及设置于所述腔室内的电子标签3。

其中，如图3所示，所述电子标签3包括：金属地4，设置于所述金属地4上表面的第一胶层5，设置于所述第一胶层5上的介质基板6，设置于所述介质基板6上的第二胶层7，设置于所述第二胶层7上的电子标签天线8，以及与所述电子标签天线8相接触的电子标签芯片9。

所述陶瓷面板2可根据需要，印刷佩戴者的信息。

所述电子标签天线8采用微带天线和缝隙天线相结合而形成，所述电子标签天线8包括导体，以及在所述导体上通过蚀刻形成的缝隙。

示例性的，如图1所示，所述缝隙天线包括依次连通的第一横向缝隙a，第二纵向缝隙b，第三横向缝隙c，第四纵向缝隙d和第五横向缝隙e。

其中，所述第一横向缝隙a的一端与所述第二纵向缝隙b的一端连接，且所述第一横向缝隙a与所述第二纵向缝隙b垂直，所述第二纵向缝隙b的另一端与所述第三横向缝隙c的一端连接，且所述第二纵向缝隙b与所述第三横向缝隙c垂直，所述第一横向缝隙a与所述第三横向缝隙c平行，且所述第一横向缝隙a和所述第三横向缝隙c均在所述第二纵向缝隙b的同一侧；所述第三横向缝隙c的另一端与所述第四纵向缝隙d的一端连接，且所述第三横向缝隙c与所述第四纵向缝隙d垂直，所述第二纵向缝隙b与所述第四纵向缝隙d平行，所述第四纵向缝隙d的一端连接在所述第五横向缝隙e上，所述第五横向缝隙e与所述第三横向缝隙c和所述第一横向缝隙a均平行。

进一步的，如图1所示，所述导体通过所述第二胶层附着于所述介质基板上，所述导体与所述介质基板具有相同的大小和形状。

如图1所示，所述导体附着在所述介质基板(图1中黑色部分)上，所述介质基板为矩形基板，所述介质基板的两端分别沿第一折线AB和第二折线CD向所述介质基板的背面弯折，从而使得所述介质基板两端弯折的部分在所述介质基板的背面形成金属地(所述金属地实际上是由附着在所述介质基板上的导体形成的)。

更进一步的，所述介质基板的一侧设置有切角f，所述切角f与所述电子标签天线处于同一平面。

所述切角f的形状为直角梯形，所述切角f位于所述第二折线CD与所述第一横向缝隙a之间。电子标签天线的馈电端口设置于所述第五横向缝隙e的边缘。

需要说明的是，所述电子标签芯片9通过超声波焊接技术进行固定，并通过黑色环氧树脂进行密封、固化从而形成板上芯片(COB)，所述COB焊接于所述电子标签天线8的馈电端口上。

需要补充的是，金属地4分别和电子标签天线8的两端相连接，电子标签芯片9通过超声波焊接，将芯片固定于COB(板上芯片(Chip On Board,COB))基板上，并通过黑色环氧树脂密封、固化，形成板上芯片，该板上芯片再通过烙铁焊接于电子标签天线8上，电子标签天线8和板上芯片通过胶材和隔热材料相连接，并通过胶材和陶瓷面板2相连接。

所述电子标签天线8与所述电子标签芯片9阻抗共轭匹配。

如图4所示，所述电子标签3的下表面(即电子标签的金属地)与第三胶层10的上表面相接触，所述第三胶层10的下表面与第一隔热层11的上表面接触，所述第一隔热层11的下表面与第四胶层12的上表面相接触，所述第四胶层12的下表面与所述金属壳体1的内表面相接触；

所述电子标签3的上表面(即电子标签的电子标签芯片)与所述第五胶层13的下表面相接触，所述第五胶层13的上表面与所述第二隔热层14的下表面相接触，所述第二隔热层14的上表面与所述第六胶层15的下表面相接触，所述第六胶层15的上表面与所述陶瓷面板2的下表面相接触。

如图5所示，本发明实施例还提供了电子标签芯片9的结构示意图，所示电子标签芯片9包括：黑色环氧树脂16，芯片17，芯片引脚RF+18，芯片引脚RF-18，芯片定位点19，焊盘A 20，焊盘B 20和COB基板21。

需要补充的是，所述金属壳体1的材料为316L不锈钢；所述陶瓷面板2的材料为氧化铝；所述第一胶层5、所述第二胶层7、所述第三胶层10、所述第四胶层12、所述第五胶层13以及所述第六胶层15的材料为3M胶；所述第一隔热层11和所述第二隔热层14的材料为铁氟龙。

还需要补充的是，如图6所示，本发明实施例提供的电子标识牌，其金属壳体1的水平长度在49.95毫米至50.05毫米的范围内，所述金属壳体1的水平宽度在29.95毫米至30.05毫米的范围内，所述金属壳体1的垂直高度在1.95毫米至2.05毫米的范围内，所述金属壳体1内的凹槽的垂直高度在1.95毫米至1.25毫米的范围内。

需要说明的是，本发明实施例提供的电子标识牌的尺寸只是一种示意性的尺寸，实际中可以根据具体应用进行改变，本发明对此不做限制。

如图7所示，本发明实施例还提供一种金属挂链22采用不锈钢设计，开口处采用活口环设计，挂链可承受最大300N拉力，以避免特殊情况下挂链对人体造成的伤害。金属挂链10通过金属壳体1的挂孔连接在一起，形成可穿戴的电子标识牌。

本发明实施例提供的电子标识牌，其工作原理如下：

微带贴片天线是由带导体接地板的介质基片上贴加导体薄片形成，通常利用微带线或者同轴线一类的馈线馈电，使导体贴片与接地板之间激励射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。该电子标识牌正是利用了微带天线自带的接地板的原理来实现抗金属的效果。为了减小电子标识牌的厚度，电子标签牌主体下凹1.2mm，当把微带天线固定于下凹的金属壳体时，微带天线的周围被金属所包围，由于微带天线是基于边沿缝隙辐射的，因此，在这种情况下，仅靠微带天线技术不能实现很好辐射。基于此，在本设计中，需要结合缝隙天线技术。

缝隙天线是在导体上切一开口，即缝隙，馈电后形成辐射的。从原理上说，缝隙天线所产生的外场由导体面上所感应的电流分布来确定。根据天线理论，缝隙天线的辐射方向垂直于缝隙所在表面，因此在本方案中采用缝隙天线可以有效解决微带天线边缘缝隙辐射被金属壳体屏蔽的问题。

在本设计方案中，缝隙宽度设计为2mm，缝隙长度为41mm，而工作频率对应的波长为320mm，因此缝隙的长度约为工作波长的四分之一，即缝隙天线是采用四分之一波长缝隙而设计的。缝隙天线采用切角设计，减短了电流传输路径，通过调整电流路径来改变天线的阻抗，以实现天线与芯片之间的阻抗匹配。

综上，在本设计中微带天线技术实现了抗金属的效果，而缝隙天线技术实现辐射的效果。通过将两种技术的有效结合，在克服金属对电子标签影响的情况下，有效实现了高效率的辐射。此外，通过选择具有柔性的高密度聚乙烯介质基板，大大减小了标签的厚度，缩小了标识牌的尺寸。

本发明的小型化、耐高温、超薄型抗金属电子标识牌在使用时，通过将挂链连接于电子标识牌的挂孔中，佩戴于胸前即可。既可进行人员管理，也可作为配饰物，美观，大方。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种电子标识牌，其特征在于，所述电子标识牌至少包括：设置有凹槽的金属壳体，覆盖于所述金属壳体上表面的陶瓷面板，所述陶瓷面板与所述金属壳体形成一个封闭的腔室，以及设置于所述腔室内的电子标签，

其中，所述电子标签包括：金属地，设置于所述金属地上表面的第一胶层，设置于所述第一胶层上的介质基板，设置于所述介质基板上的第二胶层，设置于所述第二胶层上的电子标签天线，以及与所述电子标签天线相接触的电子标签芯片；

其中，所述电子标签天线采用微带天线和缝隙天线相结合而形成，所述电子标签天线包括导体，以及在所述导体上通过蚀刻形成的依次连通的第一横向缝隙，第二纵向缝隙，第三横向缝隙，第四纵向缝隙和第五横向缝隙；

其中，所述第一横向缝隙的一端与所述第二纵向缝隙的一端连接，且所述第一横向缝隙与所述第二纵向缝隙垂直，所述第二纵向缝隙的另一端与所述第三横向缝隙的一端连接，且所述第二纵向缝隙与所述第三横向缝隙垂直，所述第一横向缝隙与所述第三横向缝隙平行，且所述第一横向缝隙和所述第三横向缝隙均在所述第二纵向缝隙的同一侧；所述第三横向缝隙的另一端与所述第四纵向缝隙的一端连接，且所述第三横向缝隙与所述第四纵向缝隙垂直，所述第二纵向缝隙与所述第四纵向缝隙平行，所述第四纵向缝隙的一端连接在所述第五横向缝隙上，所述第五横向缝隙与所述第三横向缝隙和所述第一横向缝隙均平行；

所述介质基板的一侧设置有切角，所述切角与所述电子标签天线处于同一平面。

2.根据权利要求1所述的电子标识牌，其特征在于，所述导体通过所述第二胶层附着于所述介质基板上，所述导体与所述介质基板具有相同的大小和形状，

所述介质基板为矩形基板，在所述介质基板的背面设置有金属地，所述金属地为所述介质基板的两端分别沿第一折线和第二折线向所述介质基板的背面弯折而形成。

3.根据权利要求2所述的电子标识牌，其特征在于，所述切角的形状为直角梯形，所述切角位于所述第二折线与所述第一横向缝隙之间。

4.根据权利要求1所述的电子标识牌，其特征在于，

所述电子标签芯片通过超声波焊接技术进行固定，并通过黑色环氧树脂进行密封、固化从而形成板上芯片，所述板上芯片焊接于所述电子标签天线的馈电端口上。

5.根据权利要求4所述的电子标识牌，其特征在于，所述电子标签天线的馈电端口设置于所述第五横向缝隙的边缘。

6.根据权利要求1所述的电子标识牌，其特征在于，

所述电子标签的金属地与第三胶层的上表面相接触，所述第三胶层的下表面与第一隔热层的上表面接触，所述第一隔热层的下表面与第四胶层的上表面相接触，所述第四胶层的下表面与所述金属壳体的内表面相接触；

所述电子标签的电子标签芯片与第五胶层的下表面相接触，所述第五胶层的上表面与第二隔热层的下表面相接触，所述第二隔热层的上表面与第六胶层的下表面相接触，所述第六胶层的上表面与所述陶瓷面板的下表面相接触。

7.根据权利要求6所述的电子标识牌，其特征在于，

所述金属壳体的材料为316L不锈钢；

所述陶瓷面板的材料为氧化铝；

所述第一胶层、所述第二胶层、所述第三胶层、所述第四胶层、所述第五胶层以及所述第六胶层的材料为3M胶；

所述第一隔热层和所述第二隔热层的材料为铁氟龙。