CN110676581A - 一种环境鲁棒型超高频射频识别标签 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种环境鲁棒型超高频射频识别标签，包括介质基板、天线图案以及金属地平面；所述天线图案包括辐射微带以及微带线；所述辐射微带包括辐射边和非辐射边，所述微带线的一个末端靠近所述辐射微带的非辐射边形成有馈电端口；所述微带线的另一个末端与所述辐射微带间隔设置，所述微带线与所述辐射微带之间设有用于形成电容耦合的间隙。本发明的微带线馈电结构实现了无通孔的微带天线；其次，馈电结构采用了电容耦合的馈电方法，电容耦合馈电方法可以有效降低辐射微带辐射电导的变化传递到天线的馈电端口，使得标签对应用环境不敏感；另外标签可以使用低成本低损耗的材质作为基板，具有读写距离远的特点。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种环境鲁棒型超高频射频识别标签。
背景技术
自动识别技术如条码、磁条、接触式IC卡在工业、商业、服务业等领域有着非常广泛的应用。射频识别技术（RFID， Radio Frequency Identification）作为一种新兴的自动识别技术，具有非接触、识别速度快、标签不易损坏同时识别的优点，近年来得到了广泛的关注。RFID技术从频段上分为低频（LF, Low Frequency）、高频(HF, High Frequency)、以及超高频(UHF, Ultra High Frequency)。 相对于其他频段， UHF RFID又具有芯片和标签成本低，读写距离远，多标签同时读取的特点。
但是UHF RFID的工作原理为反向散射，UHF RFID标签容易受到安装环境的影响，即标签安装在不同材质或大小的物体上其性能发生很大变化，甚至无法正常工作。针对这一缺点，现有技术研究了基于各种天线的UHF RFID标签设计方法，包括偶极子天线、微带天线、倒F天线等等。其中基于偶极子天线的标签在常规的低介电常数的非金属材质上有较好的性能，通过合适的设计，偶极子也可以应用在水等高介电常数的材质上，但是偶极子天线在靠近金属的时候其性能大幅下降，导致标签基本上无法使用。微带天线和倒F天线一般被应用在抗金属标签的设计中。由于金属边缘的散射效应，抗金属标签一般需要安装在比标签尺寸大的金属物体上才具有较好的读写性能，安装在非金属环境时，其最佳工作频率会偏离设计值。虽然一些采用对称倒F天线阵的设计方法可以消除这种差异，实现标签的环境鲁棒，使标签在任何安装环境下都具有一致的性能，但是倒F天线阵的结构复杂制造成本高；而且倒F天线的增益小，导致标签的读写距离较近。
UHF RFID的一大特点是标签的成本低，因此制造成本是标签设计中需要考虑的问题之一。上述三类天线中，偶极子天线为单层结构，一般采用卷到卷工艺进行制造，其成本最低。微带天线和倒F天线大多为带通孔的双层结构，一般只能使用成本较高的印刷电路板工艺进行制造，使得标签的实际成本远超过相同尺寸的HF RFID标签。为了降低成本，一些微带天线或者倒F天线通过特殊的设计消除通孔，可以采用与偶极子天线类似的卷到卷工艺来制作天线图案，然后进行装配从而得到最终的标签产品。
安装环境对UHF RFID标签的影响极大的限制的UHF RFID技术的应用，因此有必要研究一种低成本、远距离、环境鲁棒的超高频射频识别标签。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种环境鲁棒型超高频射频识别标签。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种环境鲁棒型超高频射频识别标签，包括介质基板、设于介质基板正面的天线图案以及设于介质基板背面的金属地平面；所述天线图案包括辐射微带以及用于向所述辐射微带馈电的微带线；
所述辐射微带包括辐射边和非辐射边，所述微带线的一个末端靠近所述辐射微带的非辐射边形成有馈电端口；所述微带线的另一个末端与所述辐射微带间隔设置，所述微带线与所述辐射微带之间设有用于形成电容耦合的间隙。
本发明进一步设置，所述馈电端口设于辐射边的中部。
本发明进一步设置，所述辐射微带为矩形微带；所述辐射微带包括两条长边以及两条短边；两条长边为非辐射边；两条短边为辐射边；
所述微带线包括第一耦合部以及与第一耦合部连接的第二耦合部；所述馈电端口由第一耦合部靠近长边的中部延伸形成；
所述耦合间隙设于第一耦合部与长边之间以及第二耦合部与短边之间。
本发明进一步设置，所述天线图案还包括开路短截；所述开路短截设于馈电端口的一侧；所述开路短截与第一耦合部连接。
本发明进一步设置，所述辐射微带设有用于增大耦合间隙的通槽。
本发明进一步设置，所述辐射微带为圆形微带；所述微带线为弧形状。
本发明的有益效果：本发明的微带线馈电结构实现了无通孔的微带天线，因此可以采用低成本工艺进行批量制造；其次，馈电结构采用了电容耦合的馈电方法，电容耦合馈电方法可以有效降低辐射微带辐射电导的变化传递到天线的馈电端口，使得标签对应用环境不敏感；另外标签的加工工艺不需要限定为PCB工艺，因此可以使用低成本低损耗的材质作为基板，具有读写距离远的特点。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是第一实施例的结构分解图；
图2是第一实施例的结构示意图；
图3是第一实施例的正视图；
图4是图3中A部位的局部放大图；
图5是第二实施例的正视图；
图6是第二实施例的正视图；
其中：100-天线图案；110-辐射微带；111-短边；112-长边；120-微带线；121-第一耦合部；122-第二耦合部；130-开路短截；200-介质基板；300-金属地平面；1102-耦合间隙。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
图1是本发明环境鲁棒型超高频射频识别标签的第一实施例的爆炸图。所述环境鲁棒型超高频射频识别标签包括：天线图案100，介质基板200，金属地平面300。所述天线图案100以及所述金属地平面300为导电结构，其材质可以是，但是不限于铝、铜等金属，或者导电浆料等等。所述介质基板200是所述天线图案100以及金属地平面300的载体，其主要作用是支撑所述天线图案100以及金属地平面300，其材质可以是热塑或者热固性树脂、玻璃、陶瓷等非导电介质材料。
参照图2，所述天线图案100位于所述介质基板200的正面，所述金属地平面300位于所述介质基板200的背面，所述金属地平面300的尺寸略大于所述天线图案100的总体尺寸。所述天线图案100以及金属地平面300可以使用常规的RFID标签卷到卷工艺制作，然后复合或者粘贴到所述介质基板200上；所述天线图案100以及金属地平面300也可以采用冲压的方式制造，然后组装到所述介质基板200上；所述天线图案100以及金属地平面300也可以采用金属化或者打印的方式直接制造在介质基板200的正反面。所述天线图案100以及金属地平面300的制造方法并不局限于上述三种方法。
参阅图3，所述天线图案100包括辐射微带110、微带线120、以及开路短截130。在第一实施例中，所述辐射微带110为矩形微带。所述辐射微带110具有两条长边112以及两条短边111。所述长边112是所述辐射微带110的非辐射边，所述短边111为所述辐射微带的辐射边，辐射边与非辐射边与所述长边112或所属短边111的长短或者形状没有必然联系。所述微带线120包含第一耦合部121和第二耦合部122；所述第一耦合部121的末端靠近所述非辐射边的长边112的中部形成馈电端口400；所述馈电端口400用于连接RFID芯片。所述第一耦合部121和第二耦合部122与所属辐射微带110之间形成耦合间隙1102。所述耦合间隙1102形成电容耦合；当超高频射频识别标签应用在不同的安装环境时会造成所述辐射微带110的辐射电导发生改变；由于所述耦合间隙1102带来的容性耦合作用，所述辐射微带110的电导变化不会全部传递到所述馈电端口400，使所述射频识别标签具有环境鲁棒性。
结合图4，所述开路短截线130位于所述馈电端口400的一侧，并且靠近所述第一耦合部121的末端。所述开路短截线130用于微调所述馈电端口400的输入阻抗，在一些设计中，如果输入阻抗已经符合要求，则可以不增加所述开路短截线130，因此所述开路短截线130并不能认为是本发明的必要技术特征。
参阅图5，本发明环境鲁棒型超高频射频识别标签第二实施例，与第一实施例的区别在于，本实施例的所述辐射微带110是一个完整的矩形微带，而第一实施例中的辐射微带110被切除了一部分即设有通槽以形成第一实施例中的耦合间隙1102。
参阅图6，本发明环境鲁棒型超高频射频识别标签第三实施例中，所述天线图案包含圆形的辐射微带110，微带线120沿所述圆形的辐射微带110设置并间隔了一定距离形成耦合间隙1102；对于圆形的微带天线，馈电的一侧以及馈电侧的对面，即靠近所述馈电端口400的一侧以及对面的一侧为非辐射边，剩下的部分为辐射边。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，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实质和范围。
Claims (5)
1.一种环境鲁棒型超高频射频识别标签，其特征在于：包括介质基板（200）、设于介质基板（200）正面的天线图案（100）以及设于介质基板（200）背面的金属地平面（300）；所述天线图案（100）包括辐射微带（110）以及用于向所述辐射微带（110）馈电的微带线（120）；
所述辐射微带（110）包括辐射边和非辐射边，所述微带线（120）的一个末端靠近所述辐射微带（110）的非辐射边形成有馈电端口；所述微带线（120）的另一个末端与所述辐射微带（110）间隔设置，所述微带线（120）与所述辐射微带（110）之间设有用于形成电容耦合的间隙；所述馈电端口设于辐射边的中部；所述辐射微带（110）为矩形微带；所述辐射微带（110）包括两条长边（112）以及两条短边（111）；两条长边（112）为非辐射边；两条短边（111）为辐射边；
所述微带线（120）包括第一耦合部（121）以及与第一耦合部（121）连接的第二耦合部（122）；所述馈电端口由第一耦合部（121）靠近长边（112）的中部延伸形成；
所述耦合间隙（1102）设于第一耦合部（121）与长边（112）之间以及第二耦合部（122）与短边（111）之间。
2.根据权利要求1所述的一种环境鲁棒型超高频射频识别标签，其特征在于：所述天线图案（100）还包括开路短截（130）；所述开路短截（130）设于馈电端口的一侧；所述开路短截（130）与第一耦合部（121）连接。
3.根据权利要求1所述的一种环境鲁棒型超高频射频识别标签，其特征在于：所述辐射微带（110）设有用于增大耦合间隙（1102）的通槽。
4.根据权利要求3所述的一种环境鲁棒型超高频射频识别标签，其特征在于：所述辐射微带（110）为圆形微带；所述微带线（120）为弧形状。
5.根据权利要求3所述的一种环境鲁棒型超高频射频识别标签，其特征在于：所述辐射微带（110）为圆形微带；所述微带线（120）为弧形状。
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