CN108281773A - 一种可定制的圆极化抗金属uhf rfid标签天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线，包括接地金属贴片、介质基板、辐射贴片、L型耦合馈电微带线、接地短路针和标签芯片。所述接地金属贴片位于介质基板下表面，所述辐射贴片位于介质基板上表面；所述辐射贴片的四角有按在同一对角线上两两等长的“一”字型开槽，可针对不同地区的UHF RFID频段配置“一”字型开槽长度的不同尺寸组合，实现面向不同地区的可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线；所述辐射贴片中部有“十”字型开槽，所述“十”字型开槽左、上部分嵌入了L型耦合馈电微带线，所述L型耦合馈电微带线两端分别连接接地短路针，所述接地短路针的顶部和底部分别连接L型耦合馈电微带线的上表面和接地金属贴片的下表面；所述标签芯片焊接在L型耦合馈电微带线长、短两部分之间。本发明具有圆极化频段的可定制化、良好的阻抗匹配，可直接放置于金属物体上使用的优点。

Description

一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线
技术领域
本发明涉及RFID天线技术领域，尤其涉及一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线。
背景技术
射频识别(RFID)技术，是一种电子标签与读写器之间通过电磁波实现的非接触式的自动识别技术，可工作与各种恶劣环境。
近年来，随着物联网的发展，超高频射频识别(UHF RFID)技术的在供应链的管理、集装箱的管理、航空及铁路包裹的管理等领域的应用呈指数型增长趋势。
UHF RFID的频段主要集中在860～960MHz，但各地区UHF RFID频段的划分不一致，如美国(902～928MHz)，欧洲(865～867MHz)，中国(840.5～844.5MHz，920.5～924.5MHz)，日本(950～955MHz)，印度(865～867MHz)，香港(865～868MHz，920～925MHz)，台湾(920～928MHz)，韩国(908.5～914MHz)，新加坡(866～869MHz，923～925MHz)，澳大利亚(920～926MHz)。
在许多应用领域都会将标签放置于金属表面，但金属表面会影响天线的性能。目前有很多市场化的线极化抗金属UHF RFID标签天线，圆极化抗金属UHF RFID标签天线较少。线极化的标签天线与读写器之间很容易极化失配，导致标签天线只能接收到读写器所发送功率的一半，使得有效读写距离减小。理论上，当读写器天线为圆极化天线时，采用圆极化的标签天线可将读取距离提高41％。
综上所述，标签作为超高频射频识别系统的重要组成部分，设计一款可针对不同地区UHFRFID频段定制化的UHF RFID圆极化抗金属标签天线是至关重要的。
发明内容
为了适应不同地区UHF RFID频段划分的不一致性，增加RFID的读取距离，和适应多金属的应用环境，本发明提供了一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线，具有圆极化频段的可定制化、良好的阻抗匹配，可直接放置于金属物体上使用的优点
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
1一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线，包括接地金属贴片、介质基板、辐射贴片、L型耦合馈电微带线、接地短路针和标签芯片，其特征在于：
2作为一种优选方案，所述接地金属贴片置于介质板底部，作为反射板，起到抗金属的目的。
3作为一种优选方案，所述介质基板采用FR4介质基板，所述的接地金属贴片、辐射贴片、L型耦合馈电微带线、接地短路针都采用铜材料制造。
4作为一种优选方案，所述辐射贴片四角有按在同一对角线上两两等长的“一”字型开槽，通过调节“一”字型开槽的长度可实现不同频段下的圆极化。
5作为一种优选方案，所述辐射贴片中心开有“十”字型开槽，通过其对辐射贴片上的电流产生扰动，起到降低天线谐振频率，缩小天线尺寸的作用。
6作为一种优选方案，所述L型耦合馈电微带线内嵌在“十”字型开槽的左、上部分，为等宽L型耦合馈电微带线，通过调节L型耦合馈电微带线的宽度和长度可以获得良好的阻抗匹配，降低驻波比，实现天线与芯片之间传输功率最大化。
7作为一种优选方案，所述接地短路针将L型耦合馈电微带线两端与接地金属贴片相连，形成一个接地电感。
8作为一种优选方案，所述标签芯片馈电位置在L型耦合馈电微带线长、短两部分之间，标签芯片为Alien公司的Higgs 3，其工作频率为915MHz时的输入阻抗为13.5-j110Ω。
9本发明的有益效果在于具有良好的阻抗匹配特性，结构简单易于生产，而且可以通过调节“一”字型开槽长度实现本发明针对不同地区UHF RFID频段的圆极化。
附图说明
图1为本发明的俯视结构图；
图2为本发明的截面图；
图3为本发明的回波损耗图；
图4为本发明“一”字型开槽长度取三组不同值时的轴比带宽图；
图5为本发明安装在不同尺寸的金属地板时的增益随频率变化图；
其中，1-接地金属贴片，2-介质基板，3-辐射贴片，4-“十”字型开槽，5-“一”字型开槽，6-L型耦合馈电微带线，7-接地短路针，8-标签芯片。
具体实施方式
以下将参照附图并结合实例对本发明作进一步描述，需要说明的是，本实施实例以本技术方案为前提，但本发明的保护范围不限于本实施实例。
如图2所示，一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线，从下至上主要包括接地金属贴片1、介质基板2、辐射贴片3，所述介质基板2由FR4材料构成。
如图1、图2所示，所述接地金属贴片1通过短路针7与L型馈电微带线6相连，形成一个接地电感，而且当标签工作于金属物体表面时接地金属贴片1的面积增大，天线增益增大，获得了良好的抗金属特性。
如图1所示，所述辐射贴片3为矩形贴片，其四角有按在同一对角线上两两等长的“一”字型开槽5.1和5.2，通过调节“一”字型开槽的长度可实现不同频段下的圆极化，以满足针对不同地区UHF RFID频段的灵活配置；其中部开有“十”字型开槽4，作为扰动单元，减小天线尺寸，并给予L型耦合馈电微带线6合适的馈电空间。
如图1所示，所述“十”字型开槽4的左、上部分内嵌了L型耦合馈电微带线6对辐射贴片3进行耦合馈电，通过调节L型馈电微带贴片6的长度和宽度，可实现输入阻抗的良好匹配，以降低驻波比提高天线的辐射功率。
如图1所示，所述L型耦合馈电微带线6分为6.1和6.2两部分，L型耦合馈电微带线6.1和6.2之间为标签芯片留有合适的馈电空间；所述标签芯片8为Alien公司的Higgs 3，其工作频率为915MHz时的输入阻抗为13.5-j110Ω。
作为一个实施实例，所述可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线采用1.6mm厚的FR4板材作为介质基板，其接地金属贴片、辐射贴片、L型耦合馈电微带线、接地短路针都采用铜材料制成。所述介质基板和接地金属贴片大小均为65mm×65mm，所述辐射贴片的大小为50mm×50mm；所述“一”字型开槽宽度都为2.1mm，为满足针对不同地区UHF RFID频段的灵活配置，需调节“一”字型开槽的长度实现不同频段下的圆极化，将“一”字型开槽5.1长度取为(6mm-dal)，“一”字型开槽5.2长度取为(6mm+dal)；所述“十”字型开槽以辐射贴片中心为原点，其宽度为4mm，长度为42mm；所述L型耦合馈电微带线分为6.1、6.2两部分，宽度都为1.2mm，6.1部分的长度为11mm，6.2部分的长度为24mm；所述标签芯片的馈电位置为L型耦合馈电微带线6.1与6.2之间的3mm空间；所述接地短路针的半径为L型微带馈电贴片宽度的一半，其顶端的半圆与L型耦合馈电微带线的上表面相连，其底端与接地金属贴片的下表面相连。
如图3所示为本发明的回波损耗图，从图中可以看到-10dB带宽覆盖了全球的UHFRFID频段。
如图4所示为本发明的“一”字型开槽长度取三组不同值时的轴比带宽图，可以看出当dal＝-0.9mm，即“一”字型开槽5.1和“一”字型开槽5.2的开槽长度分别为6.9mm、5.1mm时，标签天线的圆极化频段为(925～930MHz)，该频段适用于美国、台湾；当dal＝1.2mm，即“一”字型开槽5.1和“一”字型开槽5.2的开槽长度分别为4.8mm、7.2mm时，标签天线的圆极化频段为(919～925MHz)，该频段适用于中国、香港、台湾、新加坡和澳大利亚；当dal＝3.7mm，即“一”字型开槽5.1和“一”字型开槽5.2的开槽长度分别为2.3mm、9.7mm时，标签天线的圆极化频段为(910～916.5MHz)，该频段适用于韩国。
如图5所示为本发明安装在不同尺寸的金属底板时的增益随频率变化图，可以看出增益随着金属底板尺寸的增大而增大，验证了本发明提出的圆极化抗金属UHF RFID标签天线具有良好的抗金属特性。
需说明，图3、5都为在dal＝1.2mm，即“一”字型开槽5.1和“一”字型开槽5.2的开槽长度分别为4.8mm、7.2mm的尺寸下的本发明的性能图，因为本发明为实现针对不同地区UHFRFID频段的圆极化的灵活配置，将“一”字型开槽5.1和“一”字型开槽5.2的初始长度都设置为6mm，并分别减去和加上同等长度(dal)，所以“一”字型开槽的总长度始终是12mm，在调节“一”字型开槽长度实现针对不同地区UHF RFID圆极化的灵活配置时并不会对回波损耗产生影响，所以图3、5只提供“一”字型开槽5.1和“一”字型开槽5.2的开槽长度分别为4.8mm、7.2mm的尺寸下的本发明的性能图。

Claims (9)

1.一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线，其特征在于：包括接地金属贴片、介质基板、辐射贴片、L型耦合馈电微带线、接地短路针和标签芯片；所述接地金属贴片位于介质基板下表面，所述辐射贴片位于介质基板上表面；所述辐射贴片的四角有按在同一对角线上两两等长的“一”字型开槽；所述辐射贴片中部开有“十”字型开槽，所述“十”字型开槽左、上部分嵌入了L型耦合馈电微带线，所述L型耦合馈电微带线两端分别连接接地短路针，所述接地短路针的顶端和底端分别连接L型耦合馈电微带线的上表面和接地金属贴片的下表面；所述标签芯片焊接在L型耦合馈电微带线长、短两部分之间。
2.根据权利要求1所述的一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线，其特征在于：所述介质基板采用FR4介质基板，所述的接地金属贴片、辐射贴片、L型耦合馈电微带线、接地短路针都采用铜材料制造。
3.根据权利要求1所述的一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线，其特征在于：所述介质基板和接地金属贴片大小均为65mm×65mm，其介质基板厚度为1.6mm。
4.根据权利要求1所述的一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线，其特征在于：所述辐射贴片的大小为50mm×50mm。
5.根据权利要求1所述的一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线，其特征在于：所述辐射贴片的四角有按在同一对角线上两两等长的“一”字型开槽的宽度都为2.1mm，其“一”字型开槽的长度是可调的，通过调节“一”字型开槽的长度实现本发明针对不同地区UHF RFID频段的圆极化。
6.根据权利要求1所述的一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线，其特征在于：所述“十”字形开槽以辐射贴片中心为原点，其宽度为4mm，长度为42mm。
7.根据权利要求1所述的一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线，其特征在于：所述L型耦合馈电微带线分为长、短两部分，宽度都为1.2mm，长、短两部分的长度分别为24mm、11mm。
8.根据权利要求1所述的一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线，其特征在于：所述标签芯片为Alien公司的Higgs 3，其馈电位置在L型耦合馈电微带线的长、短两部分之间的3mm空间。
9.根据权利要求1所述的一种可定制的圆极化抗金属UHF RFID标签天线，其特征在于：所述接地短路针的半径为L型耦合馈电微带线宽度的一半，接地短路针的顶部的半圆与L型耦合馈电微带线的上表面相连，接地短路针的底部与接地金属贴片的下表面相连。
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