CN111325304A - 一种小型rfid抗金属标签 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型RFID抗金属标签，包括：长方形的介质基板和固定在介质基板上的芯片；所述介质基板的顶面和底面设有铜箔形成第一辐射面和第二辐射面，第二辐射面与第一辐射面平行；所述第一辐射面设有缝隙将第一辐射面分为左右两部分，芯片连接第一辐射面的左右两部分；所述基板的两侧对称设有铜箔形成第三辐射面和第四辐射面；所述第三辐射面和第四辐射面连接第一辐射面和第二辐射面形成闭环。

Description

一种小型RFID抗金属标签
技术领域
本发明涉及RFID电子标签领域，具体为一种小型RFID抗金属标签。
背景技术
射频识别，RFID技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。随着射频识别技术的发展，RFID技术已经逐步应用于图书馆、物流仓储、交通管理、食品卫生安全、零售行业、军队等多个领域。并且有向各行各业延展的趋势。
UHF-RFID标签天线靠接收一定能量的电磁波工作的，这些电磁波由UHF-RFID阅读器通过阅读器天线发出，并在空气中传播。在实际生活中，电磁波在较远距离传播的时候会有衰减，而且遇到金属还容易将电磁波吸收，导致电磁波信号减弱，最终使得标签天线接收到的信号差，甚至有读取不到的情况。
目前标签的技术往往是通过一下三种方式来实现：
1.制作成近场天线，它获得了较小的尺寸，并且当其安装于非导体面时，获得了较短的信号通信所需的读写距离。但时，当把它贴或安装于金属表面时，金属极大的削弱了RFID标签的通信性能，导致其读距非常小或没有读距的问题；
2.制作成折叠偶极子天线，当其安装于非导体面时，获得了信号通信所需的读写距离。但时，当把它贴或安装于金属表面时，其读距非常小或没有读距；
3.采用高介电常数的基材，制作成单极天线，这种天线当被贴于金属表面时，仍然具有较好的读距，这种天线一般是在介质材料上采用蚀刻或银浆印刷工艺加工而成，其成本较高。
而在设备、仪表、安全工具等金属物体领域中，经常需要将RFID标签和金属物体有机地结合在一起使用，以达到借还、保养以及安全识别的目的。所以就要求标签天线满足实际需求的同时尽可能的小型化。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种应用于金属材质表面或非金属材质表面的小型RFID抗金属标签。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种小型RFID抗金属标签，包括：长方形的介质基板和固定在介质基板上的芯片；
所述介质基板的顶面和底面设有铜箔形成第一辐射面和第二辐射面，第二辐射面与第一辐射面平行；
所述第一辐射面设有缝隙将第一辐射面分为左右两部分，芯片连接第一辐射面的左右两部分；
所述基板的两侧对称设有铜箔形成第三辐射面和第四辐射面；
所述第三辐射面和第四辐射面连接第一辐射面和第二辐射面形成闭环。
本发明中，所述第一辐射面与介质基板的上下两侧边缘之间设有第一间隙，所述第一间隙用与调整天线阻抗。
本发明中，所述第二辐射面与介质基板的上下两侧边缘之间设有第二间隙，所述第二间隙用与调整天线阻抗。
本发明中，所述第三辐射面和第四辐射面与介质基板的上下两侧边缘之间设有第三间隙，所述第三间隙用与调整天线阻抗。
本发明中，所述介质基板的材质为氧化铝陶瓷。
本发明中，所述介质基板厚度为4mm，铜箔厚度为35um。
本发明中，所述芯片位于第一辐射面中心线左侧。
本发明中，所述铜箔可以替换为铝箔。
本发明中，所述铜箔表面镀有保护涂层。
本发明中，所述标签为UHF-RFID无源标签。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1.本发明所述的标签天线，将天线上层铜箔与下层铜箔相连，构成闭环结构，使标签天线可以做的更小，有更好的抗金属能力。
2.本发明所述的标签天线，将其他材质附着在铜箔表面，在不影响标签天线性能的前提下，避免氧气发生氧化反应导致电性能降低，达到对铜金属的保护目的。
3.本发明所述的标签天线，通过调整第一间隙、第二间隙和第三间隙，调整天线相应的阻抗，将天线和芯片进行适配并作为一个整体，使标签天线获得最佳的电气性能，进而减小体积。
发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。
图1为本发明一种小型RFID抗金属标签的第一辐射面示意图；
图2为本发明一种小型RFID抗金属标签的第二辐射面示意图；
图3为本发明一种小型RFID抗金属标签的示意图；
图4为本发明一种小型RFID抗金属标签S11结果图；
图5为本发明一种小型RFID抗金属标签2D Phi面方向图；
图6为本发明一种小型RFID抗金属标签2D Theta面方向图；
图7为本发明一种小型RFID抗金属标签3D苹果图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-7所示，一种小型RFID抗金属标签，包括：长方形的介质基板100和固定在介质基板100上的芯片200；所述介质基板100的顶面和底面设有铜箔形成第一辐射面300和第二辐射面400，第二辐射面400与第一辐射面300平行；所述第一辐射面300设有缝隙301将第一辐射面300分为左右两部分，芯片200连接第一辐射面300的左右两部分；所述基板的两侧对称设有铜箔形成第三辐射面500和第四辐射面；所述第三辐射面500和第四辐射面连接第一辐射面300和第二辐射面400形成闭环。通过调整天线的缝隙301距离和芯片200的位置调整天线的阻抗，达到天线和芯片200共轭匹配的结构，实现天线效果最优；第二辐射面400为一整块铜，目的是为小型化RFID抗金属电子标签天线提供一个类似的金属反射面；当标签天线位于金属物体表面工作时，由第二辐射面400一侧与安装物体进行贴合，当标签天线位于金属物体表面工作时，第二辐射面400等效于寄生电容与金属物体进行耦合，通过与金属物体交换能量，达到优化各类参数的目的，使标签天线获得最佳的电气性能，即在有限的范围内达到最佳的性能，实现天线体积的小型化。
本实施案例中，所述第一辐射面300与介质基板100的上下两侧边缘之间设有第一间隙302，所述第一间隙302用与调整天线阻抗。通过调整第一间隙302，改变铜箔与氧化铝陶瓷片介质基材边缘的耦合距离，控制第一辐射面300上电流的大小，调节天线相应的阻抗与频偏，依照天线理论，当把第一间隙302进行加宽增大，第一辐射面300上电流减少，天线阻抗增大，天线在Smith Chart圆图上朝着感性方向偏移，当增大到一定程度，天线呈感性，频率也随之从低频向高频方向偏移，当方向图和增益值在阻抗到达感性区域，与芯片200的阻抗达到共轭匹配时，天线效果最优。对于本领域的专业技术人员来讲，可以选择读写灵敏度优异的芯片200，根据芯片200的阻抗，进行计算和仿真进行精确调整。
本实施案例中，所述第二辐射面400与介质基板100的上下两侧边缘之间设有第二间隙401，所述第二间隙401用与调整天线阻抗。通过调整第二间隙401宽度进行标签天线实部和虚部阻抗调试、方向图波瓣宽度调整和增益效果等一系列参数优化。
本实施案例中，所述第三辐射面500和第四辐射面与介质基板100的上下两侧边缘之间设有第三间隙501，所述第三间隙501用与调整天线阻抗。天线与芯片200的阻抗达到共轭匹配时，天线效果最优。
本实施案例中，所述介质基板100的材质为氧化铝陶瓷。
本实施案例中，所述介质基板100厚度为4mm，铜箔厚度为35um。
本实施案例中，所述芯片200位于第一辐射面300中心线左侧。天线封装的形式有多种，一般采用标签天线和硅胶进行包模工艺处理或与高可靠性耐候型工程塑料通过一体化注塑成型，方便批量生产并适用于多种环境；芯片200位置偏离中心线方便封装。
本实施案例中，所述铜箔可以替换为铝箔。铝箔相对于铜箔，牺牲波分导电性和导热性，可以换取更好的介点常数，减少对天线能量的损耗。
本实施案例中，所述铜箔表面镀有保护涂层。在不影响标签天线性能的前提下，采用FPC工艺将其他材质附着在铜表面，防止铜箔裸露在空气中和空气中的氧气发生氧化反应导致电性能降低，或者因为其他不可抗拒的外力因素导致铜箔受到破坏而直接影响接收信号的完整性和标签天线的识读距离，达到对铜金属的保护目的。
本实施案例中，所述标签为UHF-RFID无源标签。
本发明作为一种小型RFID抗金属标签，相较于传统的抗金属电子标签天线无法近距离在金属表面进行工作，需要更大的体积才能满足符合应用场景的测试距离；本发明的抗金属电子标签紧贴金属表面时，通过调整芯片200的位置，第一间隙302和第二间隙401长宽的比例，调整标签天线相应的阻抗，将天线和芯片200进行适配并作为一个整体，在金属物体磁场中进行磁感应线的切割，通过不断地切割磁感应线获取能量，进行读取和识别。在此基础上，通过设计可靠的安全等级封装，可以制作出满足各种工况环境，并能跟随产品的整个生命周期。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型RFID抗金属标签，其特征在于，包括：长方形的介质基板(100)和固定在介质基板(100)上的芯片(200)；
所述介质基板(100)的顶面和底面设有铜箔形成第一辐射面(300)和第二辐射面(400)，第二辐射面(400)与第一辐射面(300)平行；
所述第一辐射面(300)设有缝隙(301)将第一辐射面(300)分为左右两部分，芯片(200)连接第一辐射面(300)的左右两部分；
所述基板的两侧对称设有铜箔形成第三辐射面(500)和第四辐射面；
所述第三辐射面(500)和第四辐射面连接第一辐射面(300)和第二辐射面(400)形成闭环。
2.根据权利要求1所述小型RFID抗金属标签，其特征在于，所述第一辐射面(300)与介质基板(100)的上下两侧边缘之间设有第一间隙(302)，所述第一间隙(302)用与调整天线阻抗。
3.根据权利要求1所述小型RFID抗金属标签，其特征在于，所述第二辐射面(400)与介质基板(100)的上下两侧边缘之间设有第二间隙(401)，所述第二间隙(401)用与调整天线阻抗。
4.根据权利要求1所述小型RFID抗金属标签，其特征在于，所述第三辐射面(500)和第四辐射面与介质基板(100)的上下两侧边缘之间设有第三间隙(501)，所述第三间隙(501)用与调整天线阻抗。
5.根据权利要求1所述小型RFID抗金属标签，其特征在于，所述介质基板(100)的材质为氧化铝陶瓷。
6.根据权利要求1所述小型RFID抗金属标签，其特征在于，所述介质基板(100)厚度为4mm，铜箔厚度为35um。
7.根据权利要求1所述小型RFID抗金属标签，其特征在于，所述芯片(200)位于第一辐射面(300)中心线左侧。
8.根据权利要求1所述小型RFID抗金属标签，其特征在于，所述铜箔可以替换为铝箔。
9.根据权利要求1所述小型RFID抗金属标签，其特征在于，所述铜箔表面镀有保护涂层。
10.根据权利要求1所述小型RFID抗金属标签，其特征在于，所述标签为UHF-RFID无源标签。
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