CN107768832A - Rfid标签及rfid标签天线 - Google Patents

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Abstract

一种RFID标签及RFID标签天线。所述RFID标签天线包括：辐射层，地层，以及用于将所述辐射层所辐射的能量汇聚并传递至所述地层的介质层；所述辐射层和所述地层通过短路针导通；所述辐射层包括：适于激励出不同谐振频率的至少两个辐射体，以及适于将所述至少两个辐射体相隔离的隔离结构；其中所述至少两个辐射体包括至少一个第一辐射体，所述第一辐射体所激励出的谐振频率处的阻抗由自身与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度确定。应用所述RFID标签天线，可以增大具有PIFA天线的RFID标签的读取距离。

Description

RFID标签及RFID标签天线
技术领域
本发明涉及无线射频识别技术领域，具体涉及一种RFID标签及RFID标签天线。
背景技术
随着无线射频技术的不断发展，无线射频识别(Radio FrequencyIdentification，RFID)已经广泛应用于人民的生产和生活中，例如公交卡、门禁卡、考勤卡等。RFID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，识别过程无需人工干预。
RFID系统通常包括一个RFID阅读器和一个或多个RFID标签。其中，RFID标签通常包括RFID芯片以及RFID标签天线。RFID芯片存储有相关的数据信息，并可以通过RFID标签天线发送至RFID阅读器，使得RFID阅读器可以对RFID标签进行识别。RFID标签天线作为RFID标签的组成部分，其性能对整个RFID系统有着重要影响。超高频(Ultra HighFrequency，UHF)标签天线是RFID标签天线中的一种，其以较远的读取距离而得到广泛的应用。UHF RFID标签即设置有UHF标签天线的RFID标签。
在实际应用中，经常需要利用UHF RFID标签对金属物体或周围环境有金属物的物体进行识别，如金属工具、钢瓶、金属货架等。因此，在RFID标签设计阶段，当RFID标签中的RFID芯片确定后，通常需要调节RFID标签天线的输入阻抗，以使得RFID芯片的阻抗与RFID标签天线的输入阻抗共轭匹配，从而使得RFID芯片可以从RFID标签天线获取更高的能量，提升读取距离。
普通的UHF RFID标签的天线通常为偶极子天线。将普通的UHF RFID标签放置在金属表面时，其辐射电阻会大幅降低，并且RFID标签天线的输入阻抗会与RFID芯片阻抗失配。
目前常见的UHF RFID抗金属标签通常采用微带贴片天线(Microstrip PatchAntenna，MPA)和平板倒置F天线(Planar Inverted-F Antenna，PIFA)。其中，由于微带贴片天线通常在谐振频率处将天线尺寸按1/2波长进行设计，因此，微带贴片天线的尺寸会偏大，导致采用微带贴片天线的RFID标签的尺寸也偏大。而现有的PIFA天线在谐振频率处通常将天线尺寸设计成1/4波长的大小，更易于实现RFID标签的小型化设计。
然而，在现有的PIFA天线中，当RFID标签天线很薄且尺寸很小时，RFID标签天线的输入阻抗很难与RFID芯片的阻抗共轭匹配，导致能量传输系数较小，最终影响RFID标签的读取距离。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何增大具有PIFA天线的RFID标签的读取距离。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种RFID标签天线，所述RFID标签天线包括：辐射层，地层，以及用于将所述辐射层所辐射的能量汇聚并传递至所述地层的介质层；所述辐射层和所述地层通过短路针导通；所述辐射层包括：适于激励出不同谐振频率的至少两个辐射体，以及适于将所述至少两个辐射体相隔离的隔离结构；其中所述至少两个辐射体包括至少一个第一辐射体，所述第一辐射体所激励出的谐振频率处的阻抗由自身与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度确定。
可选地，所述辐射层中各个第一辐射体所激励出的谐振频率均不同，或者部分相同。
可选地，所述第一辐射体包括：耦合结构以及通过所述耦合结构划分的两个天线臂；所述耦合结构的位置由所述第一辐射体与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度确定。
可选地，所述辐射层包括三个第一辐射体，其中两个第一辐射体所激励出的谐振频率相同，剩余一个第一辐射体位于所激励出的谐振频率相同的两个第一辐射体之间。
可选地，所述耦合结构为耦合槽。
可选地，所述RFID标签天线还包括：适于改变所述辐射层上辐射体内电流流向的至少一个曲流槽。
可选地，所述曲流槽的数量、形状及长度与各个辐射体所激励出的谐振频率相关。
可选地，所述曲流槽的数量为偶数个，且在所述辐射层除辐射体及隔离结构外的区域内对称设置。
可选地，所述介质层为聚酰亚胺薄膜或者FR4的玻璃纤维板。
可选地，所述短路针的数量为2个，且在所述辐射层除辐射体及隔离结构外的区域内对称设置。
可选地，所述短路针的位置与所述RFID标签天线的输入阻抗相关。
本发明实施例还提供了一种RFID标签，所述RFID标签包括：上述任一种的RFID标签天线，以及与所述RFID标签天线电性连接的RFID芯片。
可选地，所述RFID标签天线的第一辐射体包括：耦合结构以及通过所述耦合结构划分的两个天线臂；所述耦合结构的位置由所述第一辐射体与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度确定；所述RFID芯片跨接在所述第一辐射体的两个天线臂上。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
由于第一辐射体所激励出的谐振频率处的阻抗是自身与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度确定，因而，在所述RFID标签天线的设计阶段，可以通过调节第一辐射体与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度，来设定所述第一辐射体所激励出的谐振频率，而调节第一辐射体与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度可以改变RFID标签天线的输入阻抗，因此，通过调节第一辐射体的谐振频率改变RFID标签天线的输入阻抗，也就可以使得RFID标签天线的输入阻抗与RFID芯片的输入阻抗更好地进行共轭匹配，提高能量传输系数，从而提升RFID标签天线的读取距离。
进一步，由于所述第一辐射体包括耦合结构以及通过所述耦合结构划分的两个天线臂，通过改变耦合结构的位置，可以改变两个天线臂的电长度，从而可以调整第一辐射体所激励出的谐振的频率，最终可以改变所述第一辐射体与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度，使得RFID标签天线的输入阻抗与RFID芯片的输入阻抗更好地进行共轭匹配。
进一步，由于所述辐射层中各个第一辐射体所激励出的谐振频率均不同，或者部分相同，而各个第一辐射体所激励出的谐振频率越多，所述RFID标签天线的工作带宽越大，因此通过设置所述辐射层中各个第一辐射体所激励出的谐振频率可以调整所述RFID标签天线的工作带宽。
进一步，将一个第一辐射体设置在激励出的谐振频率相同的两个第一辐射体之间，在设计阶段，调节一个所述第一辐射体的谐振频率即可调节与其他各个第一辐射体之间的耦合度，故可以更加高效地调节所述RFID标签天线的输入阻抗，因而可以提高研发效率。
进一步，通过在辐射层上设置曲流槽，可以有效改变辐射体内的电流流向，进而可以有效增加所述RFID标签天线的电长度，降低所述RFID标签天线的谐振频率，减小所述RFID标签天线的尺寸。
进一步，在所述辐射层除辐射体及隔离结构外的区域内对称设置偶数个曲流槽，可以使得辐射体内的电路强度分布更加均匀，从而使得所述RFID标签天线的各个第一辐射体可以激励出不同的谐振频率。
进一步，通过在所述辐射层除辐射体及隔离结构外的区域内对称设置短路针，使得辐射体内的电路强度分布更加均匀，更加高效地调节所述RFID标签天线的输入阻抗，因而可以提高研发效率。
进一步，由于所述短路针的位置与所述RFID标签天线的输入阻抗相关，因此，通过调节短路针的位置，可以调整所述RFID标签天线的输入阻抗，进而可以提高所述RFID标签天线的输入阻抗与所述RFID芯片的匹配度。
附图说明
图1是本发明实施例中一种RFID标签天线中辐射层的结构示意图；
图2是本发明实施例中一种RFID标签天线地层的结构示意图；
图3是本发明实施例中另一种RFID标签天线中辐射层的结构示意图；
图4是本发明实施例中又一种RFID标签天线中辐射层的结构示意图；
图5是本发明实施例中另一种RFID标签天线中辐射层的结构示意图；
图6是本发明实施例中又一种RFID标签天线中辐射层的结构示意图。
具体实施方式
目前，现有的PIFA天线在谐振频率处通常将天线尺寸设计成1/4波长的大小，此时PIFA天线虽然很薄且尺寸很小，但在PIFA天线设计阶段，RFID标签天线的输入阻抗很难与RFID芯片的阻抗匹配，影响RFID标签天线的能量传输系数，最终影响RFID标签的读取距离。
针对上述问题，本发明实施例提供了一种RFID标签天线，所述RFID标签天线的辐射层中包括至少一个第一辐射体，所述第一辐射体所激励出的谐振频率是自身与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度确定。也就是说，在所述RFID标签天线的设计阶段，可以通过调节第一辐射体与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度，来设定所述第一辐射体所激励出的谐振频率，而调节第一辐射体与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度可以改变RFID标签天线的输入阻抗，因此，通过调节第一辐射体的谐振频率可以改变RFID标签天线的输入阻抗，也就可以使得RFID标签天线的输入阻抗与RFID芯片的输入阻抗更好地进行匹配，提高能量传输系数，从而提升RFID标签天线的读取距离。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细地说明。
参照图1～2，本发明实施例提供了一种RFID标签天线，所述RFID标签天线包括：辐射层s1(如图1所示)，地层s2(如图2所示)，以及用于将所述辐射层s1所辐射的能量汇聚并传递至所述地层s2的介质层(未示出)。其中，辐射层s1、介质层以及地层s2依次叠放设置。所述辐射层s1和所述地层s2通过短路针1导通。
其中，所述辐射层s1可以包括至少两个辐射体以及适于将所述至少两个辐射体相隔离的隔离结构4。所述辐射体适于激励出不同谐振频率以辐射电磁波。所述辐射体中包括至少一个第一辐射体，所述第一辐射体所激励出的谐振频率处的阻抗由自身与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度确定。
在具体实施中，所述介质层为聚酰亚胺薄膜或者FR4的玻璃纤维板。当然还可以为其它材料，具体不受限制。
在具体实施中，调整所述短路针1的位置，可以改变所述辐射层s1中辐射体上的电流流向，进而可以调节所述RFID标签天线的输入阻抗。通常情况下，所述短路针1的数量通常为2个，且在所述辐射层s1除辐射体及隔离结构4外的区域内对称设置。当然所述短路针1的数量也可以为3个、4个或者5个等。调节所述短路针1的位置，可以调整通过所述短路针1加载的电感值。两个短路针之间的相对距离越远，所述RFID标签天线的输入阻抗越大，所述RFID标签天线的尺寸也就越小。
在所述RFID标签天线的设计阶段，调节第一辐射体与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度，可以达到调节RFID标签天线的输入阻抗的目的，因此，通过调节第一辐射体的谐振频率可以改变RFID标签天线的输入阻抗，也就可以使得RFID标签天线的输入阻抗与RFID芯片的输入阻抗更好地进行匹配，提高能量传输系数，从而提升RFID标签天线的读取距离。
在具体实施中，所述辐射体的数量不受限制，只要其中至少一个辐射体为第一辐射体即可。比如，所述辐射层s1可以仅包括两个辐射体，当然也可以包括三个辐射体、四个辐射体或者五个辐射体。各个第一辐射体所激励出的谐振频率可以均不相同，或者其中部分第一辐射体所激励出的谐振频率相同。
在本发明的一实施例中，参照图1，所述辐射层s1包括两个辐射体：辐射体2及辐射体3。其中，辐射体2及辐射体3均为第一辐射体，且两个第一辐射体所激励出的谐振频率相同。
在具体实施中，所述第一辐射体2可以包括：耦合结构21以及通过所述耦合结构21划分的天线臂22及天线臂23。所述第一辐射体3可以包括：耦合结构31以及通过所述耦合结构31划分的天线臂32及天线臂33。所述耦合结构21及31的位置由所述第一辐射体2与第一辐射体3所激励出的谐振频率之间的耦合度确定。
在RFID标签天线的设计阶段，将RFID芯片的无线射频(RF)引脚和接地(GND)引脚分别与天线臂32及天线臂33连接，使得第一辐射体3导通。调整耦合结构31向左或向右移动，可以改变天线臂32及天线臂33的长度，进而可以调整第一辐射体3所激励出的谐振频率f1的大小。调整第一辐射体2向左或向右移动，可以改变天线臂22及天线臂23的长度，进而可以调整第一辐射体2所激励出的谐振频率f2的大小。
由于f1及f2比较接近时，第一辐射体2与第一辐射体3之间会因存在耦合效应而相互影响，而第一辐射体2与第一辐射体3之间的耦合效应会引起RFID标签天线输入阻抗的变化。因此，可以通过调整f1及f2之间的绝对值即|f1-f2|，来调节f1及f2之间的耦合度。|f1-f2|越小，f1及f2之间的耦合度越大，RFID标签天线输入阻抗的变化越剧烈，也就能更好地与RFID芯片的阻抗匹配。
可以理解的是，当辐射体2及辐射体3中的一个为第一辐射体时，通过调整另一辐射体中耦合结构的位置，同样可以改变两个辐射体之间的耦合度，达到调节RFID标签天线输入阻抗的目的，使得RFID标签天线输入阻抗与RFID芯片的阻抗匹配。
在本发明的另一实施例中，参照图3，所述辐射层s1包括三个辐射体：辐射体5、辐射体6及辐射体7。三个辐射体可以均为第一辐射体，也可以其中部分辐射体为第一辐射体。
以辐射体5、辐射体6及辐射体7均为第一辐射体为例，即各个辐射体均可以通过调节自身与其它辐射体之间的耦合度确定。在RFID标签天线的设计阶段，将RFID标签天线的输入阻抗与RFID芯片的阻抗相匹配时，可以通过调整谐振频率值最接近的两个谐振频率之间的耦合度，来调节RFID标签天线的输入阻抗。其中，耦合结构51、耦合结构61及耦合结构71可以与隔离结构4分别独立设置，也可以与隔离结构4一体设置。
比如，辐射体5所激励出的谐振频率为f3，辐射体6所激励出的谐振频率为f4，辐射体7所激励出的谐振频率为f5，当f3＜f4＜f5时，既可以通过调整耦合结构51的位置及耦合结构61的位置，来调节RFID标签天线的输入阻抗；也可以通过调整耦合结构61的位置及耦合结构71的位置，来调节RFID标签天线的输入阻抗；还可以固定耦合结构51、耦合结构61及耦合结构71中任意两个耦合结构的位置，仅通过调整剩余一个耦合结构的位置，来调节RFID标签天线的输入阻抗。比如，将耦合结构51及耦合结构71的位置固定，而通过调整耦合结构61的位置，来调节RFID标签天线的输入阻抗。此时，为了便于进行阻抗匹配，可以将辐射体6设置在辐射体5及辐射体7之间。
在具体实施中，辐射体5及辐射体7所激励出的谐振频率可能相同，但不同于辐射体6所激励出的谐振频率。此时，耦合结构51与耦合结构71的位置相同。将辐射体6设置在辐射体5及辐射体7之间，以便于在设计阶段进行阻抗的匹配。
可以理解的是，当所述辐射层s1包括四个或四个以上辐射体时，通过调整谐振频率值最接近的两个谐振频率之间的耦合度，也可以调节RFID标签天线的输入阻抗，具体可以参照上述对两个辐射体及三个辐射体时的调节过程的描述进行实施，此处不再一一赘述。
在具体实施中，所述辐射层s1中各个辐射体的耦合结构的结构可以相同，也可以不同。为了简化结构复杂度，所述耦合结构可以设置为耦合槽。所述耦合槽的结构可以存在多种，具体不受限制。比如，图1中耦合结构21以及耦合结构31，图5及图6中的耦合结构51及耦合结构61。另外，耦合结构21以及耦合结构31可以与隔离结构4分别独立设置，也可以与隔离结构4一体设置。
参照图3，在本发明的另一实施例中，所述辐射层s1还可以包括：适于改变所述辐射层s1上辐射体内电流流向的至少一个曲流槽5。通过设置曲流槽5来改变辐射体内的电流流向，进而可以增加RFID标签天线的电长度，降低RFID标签天线的谐振频率。而RFID标签天线的谐振频率越小，RFID标签天线的尺寸就越小，在电介质介电常数相同的情况下，RFID标签天线的尺寸会更小。
在具体实施中，所述曲流槽5的数量、形状及长度与各个辐射体所激励出的谐振频率相关。通常情况下，所述曲流槽5的长度越长，电流流向的改变也就越大，RFID标签天线的谐振频率就会越低。本领域技术人员可以根据实际需要合理设置曲流槽5的数量、形状及长度。
例如，参照图3，所述曲流槽5可以与所述辐射层s1分别独立设置。参照图4，所述曲流槽5可以还可以与辐射层s1一体设置。
在本发明的一实施例中，所述曲流槽5的数量可以为偶数个，且在所述辐射层s1除辐射体及隔离结构4外的区域内对称设置。例如，参照图3，所述曲流槽5可以在所述辐射层s1除辐射体5、6及7，以及隔离结构4外的区域内对称设置。参照图4，所述曲流槽5可以在所述辐射层s1除辐射体2和3及隔离结构4外的区域内对称设置。
由上述内容可知，本发明实施例中的RFID标签天线，通过设置第一辐射体，在所述RFID标签天线的设计阶段，通过调节第一辐射体与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度，可以使得RFID标签天线的输入阻抗与RFID芯片的输入阻抗更好地进行共轭匹配，提高能量传输系数，从而提升RFID标签天线的读取距离。
本发明实施例还提供了一种RFID标签，所述RFID标签包括上述的RFID标签天线，以及与所述RFID标签天线电性连接的RFID芯片。通过调节RFID标签天线辐射层内的第一辐射体与其它辐射体之间的耦合度，可以调节RFID标签天线的输入阻抗，从而可以使得RFID芯片的阻抗与RFID标签天线的输入阻抗共轭匹配，由此RFID芯片可以从RFID标签天线获取更高的能量，提升读取距离。
在具体实施中，所述RFID芯片通常位于所述RFID标签天线辐射体的表面，即所述RFID芯片的馈电点设置在所述RFID标签天线辐射体的表面。需要说明的是，所述RFID标签天线中既存在第一辐射体，又存在非第一辐射体时，所述RFID芯片可以设置在第一辐射体的表面，也可以设置在非第一辐射体的表面上。但无论具体位置如何，只要调节第一辐射体与其它辐射体之间的耦合度，可以实现对RFID标签天线的输入阻抗进行调节的目的即可。
以所述RFID芯片设置在第一辐射体的表面为例，如图1、3～6中的a点，即为所述RFID芯片的馈电点的位置。具体地，参照图1，可以在所述第一辐射体3的两个天线臂32及33相靠近的一侧，分别设置一向对方方向延伸的突出部，所述RFID芯片跨接于两个突出部上，RFID芯片的RF引脚和GND引脚分别与两个天线臂32及33连接。由此，通过调整馈电点a的位置(即调整耦合结构31的位置)来调整第一辐射体3的谐振频率，通过调整耦合结构21位置来调整第一辐射体2的谐振频率，进而可以调整两个第一辐射体之间的耦合度，实现对RFID标签天线的输入阻抗进行调节的目的。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种RFID标签天线，其特征在于，包括：辐射层，地层，以及用于将所述辐射层所辐射的能量汇聚并传递至所述地层的介质层；所述辐射层和所述地层通过短路针导通；
所述辐射层包括：适于激励出不同谐振频率的至少两个辐射体，以及适于将所述至少两个辐射体相隔离的隔离结构；其中所述至少两个辐射体包括至少一个第一辐射体，所述第一辐射体所激励出的谐振频率处的阻抗由自身与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度确定。
2.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于，所述辐射层中各个第一辐射体所激励出的谐振频率均不同，或者部分相同。
3.如权利要求2所述的RFID标签天线，其特征在于，所述第一辐射体包括：耦合结构以及通过所述耦合结构划分的两个天线臂；所述耦合结构的位置由所述第一辐射体与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度确定。
4.如权利要求3所述的RFID标签天线，其特征在于，所述辐射层包括三个第一辐射体，其中两个第一辐射体所激励出的谐振频率相同，剩余一个第一辐射体位于所激励出的谐振频率相同的两个第一辐射体之间。
5.如权利要求3所述的RFID标签天线，其特征在于，所述耦合结构为耦合槽。
6.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于，还包括：适于改变所述辐射层上辐射体内电流流向的至少一个曲流槽。
7.如权利要求6所述的RFID标签天线，其特征在于，所述曲流槽的数量、形状及长度与各个辐射体所激励出的谐振频率相关。
8.如权利要求7所述的RFID标签天线，其特征在于，所述曲流槽的数量为偶数个，且在所述辐射层除辐射体及隔离结构外的区域内对称设置。
9.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于，所述介质层为聚酰亚胺薄膜或者FR4的玻璃纤维板。
10.如权利要求1所述的RFID标签天线，其特征在于，所述短路针的数量为2个，且在所述辐射层除辐射体及隔离结构外的区域内对称设置。
11.如权利要求10所述的RFID标签天线，其特征在于，所述短路针之间的位置与所述RFID标签天线的输入阻抗相关。
12.一种RFID标签，其特征在于，包括：权利要求1～11任一项所述的RFID标签天线，以及与所述RFID标签天线电性连接的RFID芯片。
13.如权利要求12所述的RFID标签，其特征在于，所述RFID标签天线的第一辐射体包括：耦合结构以及通过所述耦合结构划分的两个天线臂；所述耦合结构的位置由所述第一辐射体与其它辐射体所激励出的谐振频率之间的耦合度确定；所述RFID芯片跨接在所述第一辐射体的两个天线臂上。
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