CN109509960B - 超高频rfid抗金属标签天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超高频RFID抗金属标签天线，包括抗金属结构和天线辐射模块；所述抗金属结构包括金属底板、侧介质板、上介质板、导电柱和金属贴片；上介质板设置在金属底板上方，与金属底板间隔一个距离；所述侧介质板围合在金属底板和上介质板的四周侧面，形成金属底板与上介质板之间的内空间；多个金属贴片呈阵列排布在上介质板表面，且各金属贴片之间留有间隙；各金属贴片分别通过设置于内空间中的各导电柱连接金属底板；天线辐射模块布设抗金属结构上，位于金属贴片阵列的正中间。本发明可适用于金属物体表面，且具有体积小、成本低、带宽宽、增益高等优点。

Description

超高频RFID抗金属标签天线
技术领域
本发明涉及射频识别领域，尤其是一种超高频RFID抗金属标签天线。
背景技术
超高频RFID技术是一种利用无线电磁波耦合方式实现的双向数据通信非接触式自动识别技术。该技术具备防水、寿命长、耐高温、可加解密、成本低等优点，可广泛应用于运输、物流仓储、防伪、交通等领域。
超高频RFID系统主要由读写器、RFID标签以及后台计算机网络组成，读写器通过其天线发送射频调制信号，RFID标签的标签天线将收到的射频调制信号转变为电信号激活标签芯片，同时RFID标签将应答信号通过标签天线反射回读写器。
从上述应用中可看出标签芯片能够被激活，标签应答信号能否被成功发射等关键因素都要取决于标签天线的性能。RFID标签在很多应用场合都需要粘贴到金属表面，普通RFID标签天线一旦粘贴到金属表面，RFID标签几乎无法工作。
RFID标签粘贴到金属表面时，读写器天线发射的电磁波大部分会被金属表面反射回去，并且被反射的电磁波与入射电磁波相位相反且大小相当，所以金属表面的标签获得的电磁场很微弱。根据电磁感应理论，变化的电磁场产生感应电流，因为获得电磁场很微弱，所以产生的感应电流很微弱，基本无法达到激活标签芯片所需的最低功率要求，所以导致RFID标签无法工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种超高频RFID抗金属标签天线，解决超高频RFID标签应用于金属表面无法正常工作的难题，同时也解决目前市面上的一些抗金属标签方案体积偏大、增益偏小、标签结构复杂等问题。本发明采用的技术方案是：
一种超高频RFID抗金属标签天线，包括抗金属结构和天线辐射模块；
所述抗金属结构包括金属底板、侧介质板、上介质板、导电柱和金属贴片；
上介质板设置在金属底板上方，与金属底板间隔一个距离；所述侧介质板围合在金属底板和上介质板的四周侧面，形成金属底板与上介质板之间的内空间；
多个金属贴片呈阵列排布在上介质板表面，且各金属贴片之间留有间隙；
各金属贴片分别通过设置于内空间中的各导电柱连接金属底板；
天线辐射模块布设抗金属结构上，位于金属贴片阵列的正中间。
进一步地，所述内空间采用空气填充。
进一步地，导电柱上端与金属贴片的中心连接。
进一步地，侧介质板和上介质板采用陶瓷基板。
进一步地，所述阵列为m*n阵列，m≥2，n≥2。
进一步地，所述天线辐射模块包括辐射模块介质板、辐射天线；
辐射模块介质板安装在抗金属结构上，位于金属贴片阵列的正中间；在辐射模块介质板上设有辐射天线。
进一步地，辐射模块介质板采用环氧树脂覆铜板，然后在上面加工形成辐射天线，辐射天线为对称蛇形偶极子天线。
进一步地，辐射模块介质板采用环氧树脂覆铜板，去除覆铜层后，在辐射模块介质板上设置对称微带天线作为辐射天线。
进一步地，在辐射模块介质板上辐射天线一侧设有阻抗调节贴片。
进一步地，辐射天线位于辐射模块介质板中央。
本发明的优点在于：
1）体积小，可适用于小型金属物体表面；现有抗金属标签天线技术方案之一是增加标签辐射贴片（相当于本发明中的辐射天线）与金属表面的距离，此种方法会增大标签的整体厚度，使得标签无法适用于小型金属物体表面。
2）成本低廉，可适用于民用领域大规模商用。现有抗金属标签天线技术方案之一是在需要粘贴标签的金属物体表面涂抹吸波材料，用以吸收或者禁止金属表面反射读写器天线电磁波能量，此种方案的吸波材料价格较为昂贵，不适合民用领域的大规模商用。
3）带宽宽，增益高。现有抗金属标签天线技术方案之一是设计特殊抗金属天线，如PIFA天线等；该类天线是将金属物体作为天线整体的金属地，从而达到减少金属面反射波的影响；此种方案天线受金属物体的面积和厚度影响较大，且天线-10dB带宽较窄，基本都在6MHz左右，增益一般在1dBi左右。本发明的方案带宽可做到100MHz左右，增益为3.8dBi左右。
附图说明
图1为本发明的侧面剖视示意图。
图2为本发明的俯视角度示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提出一种超高频RFID抗金属标签天线，包括抗金属结构和天线辐射模块；
如图1、图2所示；
抗金属结构包括金属底板1、侧介质板2、上介质板4、导电柱5和金属贴片6；
上介质板4设置在金属底板1上方，与金属底板1间隔一个距离；所述侧介质板2围合在金属底板1和上介质板4的四周侧面，形成金属底板1与上介质板4之间的内空间3，所述内空间3采用空气填充；
金属底板1采用铜板或铁质板等，能够导电；侧介质板2和上介质板4采用陶瓷基板，不导电，例如，采用Rogers4835，介电常数为3.48，损耗角正切为0.0037，具备优异的高频性能；
多个金属贴片6呈阵列排布在上介质板4表面，且各金属贴片6之间留有间隙；例如图2中多个金属贴片6采用3*4阵列排布结构；金属贴片6可采用铜片等金属片；
各金属贴片6分别通过设置于内空间3中的各导电柱5连接金属底板1；优选地，导电柱5上端与金属贴片6的中心连接；
抗金属结构中，上介质板4与金属底板1之间的内空间3采用空气填充，可以有效减小天线损耗；导电柱5一方面支撑金属贴片6，另外还使得金属贴片6与金属底板1形成等效电感，金属贴片6之间的间隙形成等效电容；增加金属贴片6和相应的导电柱5可以增加等效电容和等效电感，这样可以降低该抗金属结构反射相位带隙的中心频率，从而增加反射相位带隙的相对带宽；为了减小天线体积，可以在金属贴片6表面开一些缝隙以增加等效电感和电容；
天线辐射模块布设抗金属结构上，位于金属贴片6阵列的正中间。
所述天线辐射模块包括辐射模块介质板7、辐射天线8；还可以进一步包括阻抗调节贴片9；
辐射模块介质板7安装在抗金属结构上，位于金属贴片6阵列的正中间；在辐射模块介质板7上设有辐射天线8；辐射天线8在辐射模块介质板7中央，效果最好；
辐射模块介质板7可采用环氧树脂覆铜板，然后在上面加工形成辐射天线8，辐射天线8为对称蛇形偶极子天线；利用对称蛇形方式缩小天线所占用面积同时符合四分之一波长辐射振子的要求，通过调整两边辐射振子的宽度和间隙可以调节天线的谐振频率、增益和阻抗等；
或者，辐射模块介质板7可采用环氧树脂覆铜板，去除覆铜层后，在辐射模块介质板7上设置对称微带天线作为辐射天线8；
在辐射模块介质板7上辐射天线8一侧可设置阻抗调节贴片9；阻抗调节贴片9通过调整其本身的形状、长度、宽度和与辐射天线8的间距达到调整天线阻抗的效果，阻抗调节贴片9作为单独的调整天线阻抗虚部的模块；阻抗调节贴片9为微带天线，形状可以为形、矩形或U形等；
标签芯片10与辐射天线8的两端连接；标签芯片10不属于本发明的范围，仅作简单介绍。
本实施例中的超高频RFID抗金属标签天线的性能参数如下：
中心频率：922MHz；
天线工作频率范围：840～946MHz，在此工作频段时的阻抗反射系数S11小于-10dB；
天线阻抗：13+j153 ohm；
极化方式：线极化
增益：3.78dBi。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种超高频RFID抗金属标签天线，其特征在于，包括抗金属结构和天线辐射模块；
所述抗金属结构包括金属底板(1)、侧介质板(2)、上介质板(4)、导电柱(5)和金属贴片(6)；
上介质板(4)设置在金属底板(1)上方，与金属底板(1)间隔一个距离；所述侧介质板(2)围合在金属底板(1)和上介质板(4)的四周侧面，形成金属底板(1)与上介质板(4)之间的内空间(3)；
多个金属贴片(6)呈阵列排布在上介质板(4)表面，且各金属贴片(6)之间留有间隙；
各金属贴片(6)分别通过设置于内空间(3)中的各导电柱(5)连接金属底板(1)；
天线辐射模块布设抗金属结构上，位于金属贴片(6)阵列的正中间。
2.如权利要求1所述的超高频RFID抗金属标签天线，其特征在于，
所述内空间(3)采用空气填充。
3.如权利要求1所述的超高频RFID抗金属标签天线，其特征在于，
导电柱(5)上端与金属贴片(6)的中心连接。
4.如权利要求1所述的超高频RFID抗金属标签天线，其特征在于，
侧介质板(2)和上介质板(4)采用陶瓷基板。
5.如权利要求1所述的超高频RFID抗金属标签天线，其特征在于，
所述阵列为m*n阵列，m≥2，n≥2。
6.如权利要求1～5中任一项所述的超高频RFID抗金属标签天线，其特征在于，
所述天线辐射模块包括辐射模块介质板(7)、辐射天线(8)；
辐射模块介质板(7)安装在抗金属结构上，位于金属贴片(6)阵列的正中间；在辐射模块介质板(7)上设有辐射天线(8)。
7.如权利要求6所述的超高频RFID抗金属标签天线，其特征在于，
辐射模块介质板(7)采用环氧树脂覆铜板，然后在上面加工形成辐射天线(8)，辐射天线(8)为对称蛇形偶极子天线。
8.如权利要求6所述的超高频RFID抗金属标签天线，其特征在于，
辐射模块介质板(7)采用环氧树脂覆铜板，去除覆铜层后，在辐射模块介质板(7)上设置对称微带天线作为辐射天线(8)。
9.如权利要求6所述的超高频RFID抗金属标签天线，其特征在于，
在辐射模块介质板(7)上辐射天线(8)一侧设有阻抗调节贴片(9)。
10.如权利要求6所述的超高频RFID抗金属标签天线，其特征在于，
辐射天线(8)位于辐射模块介质板(7)中央。
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