CN112103635B - Rfid标签天线电路板及rfid标签天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RFID标签天线电路板及RFID标签天线，包括介质基层、环形金属线、短路辐射线、孤立辐射线和金属过孔；环形金属线设置在介质基层的第一面上，环形金属线上设置有天线馈电点；短路辐射线设置在介质基层的第二面上，短路辐射线连接有短路点；孤立辐射线设置在介质基层的第二面上且位于短路辐射线的一侧；金属过孔设置在介质基层上，且分别连接于环形金属线和短路点。本发明在介质基层的两个不同面上进行布线，可以缩短天线的尺寸，并通过控制短路辐射线和孤立辐射线的位置和尺寸，可以有效地调节天线的输入阻抗，从而与芯片输出阻抗进行匹配，满足体积小、成本低、回波损耗低以及应用范围广的要求。

Description

RFID标签天线电路板及RFID标签天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种RFID标签天线电路板及RFID标签天线。

背景技术

射频识别RFID是一种短距离无线通信技术，因其具有非接触、抗污染、抗腐蚀和安全便捷等优点，在各行各业被广泛用来进行身份识别。伴随着物联网产业的迅猛发展，商品非接触式识别技术越来越受到重视。标签天线一般附着于其它物体上，因而往往要求天线结构具有低剖面，小型化的特点。物联网是通过RFID系统等信息传感器设施实现物物相连，使人类生活更加智能化，而RFID 作为对物识别的主要技术，自然是实现物联网的基石。物联网将成为比互联网更大的一次技术革新。

在RFID系统中，天线作为无线电磁信号收发的关键核心器件，直接影响系统性能。对于应用在RFID系统的天线来说，不同的天线选择和设计会直接影响读写距离、鲁棒性等系统性能指标，尤其是当工作频率增大到微波波段时，天线与标签芯片之间的匹配问题变得更加严峻。

在RFID标签天线中，由于尺寸限制、制作难度以及成本问题，通过添加匹配网络的方法实现天线与标签芯片的匹配是难以实现的。为了解决这个问题，需要天线具有较宽的阻抗实现范围，以便于能够通过调整天线结构和尺寸来直接匹配到标签芯片上。因此，如何设计可以匹配于任意输入阻抗标签芯片的天线是 RFID系统中天线设计中非常重要的问题。此外，对于某些应用场景，在设计RFID 标签天线时，还需要考虑如何避免他人随意更换标签天线或打开目标物体，用以保护RFID标签天线。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种RFID标签天线电路板及RFID标签天线，能够有效调节标签天线的输入阻抗，从而与芯片输出阻抗进行匹配。

第一方面，根据本发明实施例的RFID标签天线电路板，包括介质基层；环形金属线，设置在所述介质基层的第一面上，所述环形金属线上设置有天线馈电点；短路辐射线，设置在所述介质基层的第二面上，所述短路辐射线连接有短路点；孤立辐射线，设置在所述介质基层的第二面上且位于所述短路辐射线的一侧；金属过孔，设置在所述介质基层上，且分别连接于所述环形金属线和所述短路点。

根据本发明实施例的RFID标签天线电路板，至少具有如下有益效果：

本发明在介质基层的两个不同面上进行布线，可以缩短天线的尺寸，并通过控制短路辐射线和孤立辐射线的位置和尺寸，可以有效地调节天线的输入阻抗，从而与芯片输出阻抗进行匹配，满足体积小、成本低、回波损耗低以及应用范围广的要求。

根据本发明的一些实施例，所述短路辐射线和所述孤立辐射线均位于同一螺旋路径上。

根据本发明的一些实施例，所述短路辐射线的数量为一条或多条，多条所述短路辐射线之间相互分离。

根据本发明的一些实施例，所述孤立辐射线与所述短路辐射线之间的距离大于0.05mm。

根据本发明的一些实施例，所述介质基层采用空气介质、环氧介质或聚四氟乙烯介质。

根据本发明的一些实施例，所述环形金属线的长度大于或等于工作波长的 1/10。

根据本发明的一些实施例，所述环形金属线上设置有断口，位于所述断口两侧的所述环形金属线之间连接有防拆线路。

根据本发明的一些实施例，所述防拆线路为突起状，所述介质基层上设置有与所述防拆线路适配的凸缘。

根据本发明的一些实施例，所述防拆线路的宽度为0.02mm～1mm。

第二方面，根据本发明实施例的RFID标签天线，包括上述的RFID标签天线电路板。

根据本发明实施例的RFID标签天线，至少具有如下有益效果：

本发明在介质基层的两个不同面上进行布线，可以缩短天线的尺寸，并通过控制短路辐射线和孤立辐射线的位置和尺寸，可以有效地调节天线的输入阻抗，从而与标签芯片输出阻抗进行匹配，满足体积小、成本低、回波损耗低以及应用范围广的要求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的RFID标签天线电路板的俯视图；

图2为本发明实施例的RFID标签天线电路板的仰视图；

图3为本发明实施例的RFID标签天线的S参数图；

图4为本发明实施例的RFID标签天线的E面辐射方向图；

图5为本发明实施例的RFID标签天线的H面辐射方向图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

请参照图1和图2，本实施例公开了一种RFID标签天线电路板，包括介质基层100、环形金属线200、短路辐射线310、孤立辐射线320和金属过孔400，环形金属线200设置在介质基层100的第一面上，环形金属线200上设置有天线馈电点210，短路辐射线310设置在介质基层100的第二面上，短路辐射线310 连接有短路点311，孤立辐射线320设置在介质基层100的第二面上且位于短路辐射线310的一侧，金属过孔400设置在介质基层100上，且分别连接于环形金属线200和短路点311，通过金属过孔400可实现位于介质基层100不同面上的环形金属线200和短路点311之间的电连接，从而形成对环形金属线200的电气加载。

在本实施例中，介质基层100的第一面为上表面，介质基层100的第二面为下表面，与单一表面布线的结构相比，本实施例在介质基层100的上下两个不同面上进行布线，充分利用了介质基层100上下表面的布线空间，可以缩短天线的尺寸。在使用时，在天线馈电点210连接有标签芯片，标签芯片与天线馈电点 210之间的连接方式可以是焊接、倒装焊接或者金属键合，根据连接方式的不同，天线馈电点210的尺寸可以进行适应性的调整。根据不同标签芯片的不同输入阻抗，通过控制短路辐射线310和孤立辐射线320的位置和尺寸，可以有效地调节天线的输入阻抗，从而与标签芯片的输出阻抗进行匹配，满足体积小、成本低、回波损耗低以及应用范围广的要求。

请参照图1，短路辐射线310和孤立辐射线320均位于同一螺旋路径上，即短路辐射线310为螺旋状，孤立辐射线320为弧形状，且短路辐射线310和孤立辐射线320组成一条不连续的螺旋线。螺旋状的短路辐射线310可以充分利用介质基层100的布线空间，满足短路辐射线310的长度设计要求，有利于缩小标签天线的尺寸。应到想到的是，根据介质基层100所采用材料的类型，短路辐射线 310的宽度可以进行适应性调整。

请参照图1，根据不同场合的应用需求，短路辐射线310的数量为一条或多条，多条短路辐射线310之间相互分离，即多条短路辐射线310之间互不接触，延长了标签天线的谐振电路长度，有利于降低谐振频率，不同的短路辐射线310 之间可以相互作用，从而收发信号产生影响。本实施例中短路辐射线310的数量为两条，每条短路辐射线310连接有一个短路点311，两条短路辐射线310相互错位。

在一些实施例中，孤立辐射线320与短路辐射线310之间的距离大于 0.05mm，可以起到平衡标签天线输入阻抗的实部和虚部的作用，其中本实施例涉及的“实部”和“虚部”是指在用于计算标签天线输入阻抗的公式中存在的实部和虚部。根据不同的应用场合，孤立辐射线320和短路辐射线310之间的距离可以选择为0.06mm、0.08mm或0.1mm。

在通常的应用中，介质基层100采用多种绝缘介质，例如环氧介质或聚四氟乙烯介质，这两种介质材料均为常见的材料，材料成本低以及加工工艺成熟，有利于提高生产效率和降低生产成本。在某些应用中，介质基层100还可以采用空气介质。其中，介质基层100的厚度为0.05mm～1.5mm，介质基层100的厚度较薄，可以便于凸缘110折断，从而实现防拆线路230在受到外力拆卸时断路，进而保护RFID标签天线。

在一些实施例中，环形金属线200的长度大于或等于工作波长的1/10，环形金属线200的长度会影响标签天线的谐振频率，其中，根据不同的应用需求，环形金属线200的圈数可以是一圈或多圈，多圈环形金属线200的长度大于或等于工作波长的1/10。

请参照图2，为了对标签天线进行保护，避免他人随意更换标签天线或打开目标物体，环形金属线200上设置有断口220，位于断口220两侧的环形金属线200之间连接有防拆线路230。在正常状态下，防拆线路230使环形金属线200 能够形成通路，当标签天线收到外力时，防拆线路230会断裂，使位于断口220 两侧的环形金属线200之间断路，从而使标签天线失效，进而避免他人随意更换天线或打开目标物体。

在一些实施例中，防拆线路230为突起状，使防拆线路230容易折断，防拆线路230的形状可参照图2，防拆线路230的形状还可以是其它形状，例如“∧”状。介质基层100上设置有与防拆线路230适配的凸缘110，请参照图2，图示的介质基层100的形状为环状，凸缘110位于介质基层100的内圆一侧，且朝圆心方向延伸，当凸缘110收到外力时容易翘起，从而使位于凸缘110上的防拆线路230断裂。需要说明的是，在某些应用场合中，凸缘110还可以位于介质板的外圆一侧，且朝远离圆心的方向延伸。介质基层100的轮廓形状，除了环形外，可以是三角形、方形或多边形。值得理解的是，根据不同的应用需求，防拆线路 230的数量可以为一个或多个，多个防拆线路230可以相互分离或者相互连接，相应的，凸缘110设置在与防拆线路230相应的位置，凸缘110的数量可以为一个或多个。

为了满足防拆线路230的信号传输功能以及便于防拆线路230折断，防拆线路230的宽度为0.02mm～1mm。根据不同的应用场合，防拆线路230的宽度可以选择0.02mm、0.1mm、0.5mm或1mm。

第二方面，根据本发明实施例的RFID标签天线，包括上述的RFID标签天线电路板。本发明在介质基层100的两个不同面上进行布线，可以缩短天线的尺寸，并通过控制短路辐射线310和孤立辐射线320的位置和尺寸，可以有效地调节天线的输入阻抗，从而与芯片的输出阻抗进行匹配，满足体积小、成本低、回波损耗低以及应用范围广的要求。

下面参照图1至图5以一个具体的实施例详细描述本发明实施例的RFID标签天线电路板和RFID标签天线。值得理解的是，以下描述仅是示例性说明，并非对本发明的具体限制。

请参照图1和图2，本实施例的RFID标签天线包括RFID标签天线电路板，其中，RFID标签天线电路板包括介质基层100、环形金属线200、短路辐射线 310、孤立辐射线320和金属过孔400，环形金属线200位于介质基层100的下表面，环形金属线200上设置有天线馈电点210，天线馈电点210连接有标签天线(未图示)，短路辐射线310和孤立辐射线320均位于介质基层100板的上表面，短路辐射线310连接有短路点311，短路点311通过设置在介质基层100上的金属过孔400与环形金属线200连接，从而实现环形金属线200的电气加载。本实施例通过在介质基层100的上下表面进行布线，可以充分利用介质基层100 上下表面的布线空间，可有效缩小标签天线的尺寸。通过控制短路辐射线310 和孤立辐射线320的位置和尺寸，可以有效地调节天线的输入阻抗，从而与芯片的输出阻抗进行匹配，满足体积小、成本低、回波损耗低以及应用范围广的要求。

请参照图1，本实施例中短路辐射线310为螺旋线状，可以满足短路辐射线 310的长度设计要求以及减小短路辐射线310的占用空间，有利于缩小标签天线的长度，孤立辐射线320为弧形状，且短路辐射线310和孤立辐射线320位于同一螺旋路径中，短路辐射线310与孤立辐射线320之间的距离大于0.05mm，可以起到平衡标签天线输入阻抗的实部和虚部的作用。

请参照图2，为了对标签天线进行保护，避免他人随意更换标签天线或打开目标物体，环形金属线200上设置有断口220，位于断口220两侧的环形金属线 200之间连接有防拆线路230，防拆线路230为突起状，防拆线路230的宽度为 0.1mm。本实施例的介质基层100采用环氧介质，介质基层100的厚度为1mm，其轮廓形状为圆环状，介质基层100上且位于圆环的内圆一侧设置有与防拆线路 230适配的凸缘110，凸缘110朝圆环的圆心方向延伸。当标签天线收到外力作用时，凸缘110断裂导致防拆线路230断裂，从而实现环氧金属线断路，进而使标签天线失效，用以对标签天线进行保护。

请参照图3至图5，图3示出了本实施的RFID标签天线的回波损耗，工作谐振频率为920MHz，回波损耗小于-30dB，其中横坐标为频率(MHz)，纵坐标为分贝值(dB)。图4示出了本实施例的RFID标签天线在920MHz频点的E 面辐射方向图。在该频点下的E面辐射方向图呈现“8”字状。图5示出了本实施例的RFID标签天线在920MHz频点的H面辐射方向图，在该频点下的H面辐射方向图呈现圆形，水平方向呈现全向辐射。本实施例的RFID标签天线可以产生等效电偶极子的辐射方向图，从而大大降低天线的整体剖面高度。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种RFID标签天线电路板，其特征在于，包括：

介质基层（100）；

环形金属线（200），设置在所述介质基层（100）的第一面上，所述环形金属线（200）上设置有天线馈电点（210）；

短路辐射线（310），设置在所述介质基层（100）的第二面上，所述短路辐射线（310）连接有短路点（311）；

孤立辐射线（320），设置在所述介质基层（100）的第二面上且位于所述短路辐射线（310）的一侧；

金属过孔（400），设置在所述介质基层（100）上，且分别连接于所述环形金属线（200）和所述短路点（311）；

所述短路辐射线（310）和所述孤立辐射线（320）均位于同一螺旋路径上。

2.根据权利要求1所述的RFID标签天线电路板，其特征在于，所述短路辐射线（310）的数量为一条或多条，多条所述短路辐射线（310）之间相互分离。

3.根据权利要求1所述的RFID标签天线电路板，其特征在于，所述孤立辐射线（320）与所述短路辐射线（310）之间的距离大于0.05mm。

4.根据权利要求1所述的RFID标签天线电路板，其特征在于，所述介质基层（100）采用空气介质、环氧介质或聚四氟乙烯介质。

5.根据权利要求1所述的RFID标签天线电路板，其特征在于，所述环形金属线（200）的长度大于或等于工作波长的1/10。

6.根据权利要求1所述的RFID标签天线电路板，其特征在于，所述环形金属线（200）上设置有断口（220），位于所述断口（220）两侧的所述环形金属线（200）之间连接有防拆线路（230）。

7.根据权利要求6所述的RFID标签天线电路板，其特征在于，所述防拆线路（230）为突起状，所述介质基层（100）上设置有与所述防拆线路（230）适配的凸缘（110）。

8.根据权利要求6或7所述的RFID标签天线电路板，其特征在于，所述防拆线路（230）的宽度为0.02mm~1mm。

9.一种RFID标签天线，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的RFID标签天线电路板。

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