CN112928457A - 一种rfid标签天线 - Google Patents

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杨龙
曹洪伟
吴伟
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Abstract

本发明提供一种RFID标签天线，包括印制板主辐射体、参考地、匹配芯片、折叠臂、调谐柱、介质基板、反射板、辐射贴片；所述印制板主辐射体和参考地均为金属覆铜材料，分别附着于介质基板的上下两层；印制板主辐射体分为辐射贴片和反射板两部分，反射板与辐射贴片相连；所述匹配芯片位于印制板主辐射体上，一端和参考地相连，另一端与辐射贴片相连；折叠臂位于介质基板侧面，分别连接印制板主辐射体和参考地；调谐柱位于介质基板内，分别连接印制板主辐射体和参考地。本发明在有限的结构尺寸下，提高天线感应距离，同时具备高增益。

Description

一种RFID标签天线
技术领域
本发明涉及RFID标签天线技术领域，尤其涉及一种高增益RFID标签天线。
背景技术
射频识别(RFID，RFID-Radio Frequency Identification)技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种非接触式的自动识别技术，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据。随着科学技术的进步，RFID已涉及到人们日常生活的各个方面，被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域，此技术将成为未来信息社会建设的一项基础技术。
标签存储着待识别对象的相关信息，附着在待识别对象上。通常电子标签本身无源，通过读写器的射频场获得能源，采用负载调制方式。读写器利用射频信号读/写标签信息并进行处理。读写器接到命令后，通过天线发送射频命令实现对标签的操作，同时接收标签返回的数据。电子标签靠其内部天线获得能量，并由芯片控制接收、发送数据。
RFID系统的基本工作原理是：标签进入读写器发射射频场后，将天线获得的感应电流经升压电路后作为芯片的电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路变为数字信号送入逻辑控制电路进行处理，需要回复的信息则从标签存储器发出，经逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回读写器。
RFID系统中标签和阅读器实现数据通信的过程中起关键作用的是天线，利用天线作为辐射或接收无线电波的装置。目前市场上对RFID天线的需求呈小型化趋势，天线体积越小，越容易安装和隐藏，特别是对一些特殊场合，希望天线足够小，甚至是实现隐形效果，而天线小型化将会直接造成天线增益下降，缩短标签感应距离，所以天线的小型化和高增益设计是目前RFID天线急需解决的一大矛盾。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种RFID标签天线，在有限的结构尺寸下，提高天线感应距离，同时具备高增益。
本发明的技术方案是：
包括印制板主辐射体、参考地、匹配芯片、折叠臂、调谐柱、介质基板、反射板、辐射贴片；
所述印制板主辐射体和参考地均为金属覆铜材料，分别附着于介质基板的上下两层；印制板主辐射体分为辐射贴片和反射板两部分，反射板与辐射贴片相连；
所述匹配芯片位于印制板主辐射体上，一端和参考地相连，另一端与辐射贴片相连；折叠臂位于介质基板侧面，分别连接印制板主辐射体和参考地；调谐柱位于介质基板内，分别连接印制板主辐射体和参考地。
有益效果：
1、本发明通过增加参考地这种新型的天线形式，提高了天线增益性能。
2、本发明通过折叠结构，合理的优化天线布局，极大地节省了设计空间，实现了天线小型化设计。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为本发明中印制板主辐射体示意图
图3为本发明中印制板参考地示意图
图4为本发明中印制板侧面折叠臂示意图
图中各件号表示为：1-印制板主辐射体，2-参考地，3-匹配芯片，4-折叠臂，5-调谐柱，6-介质基板，7-反射板，8-芯片焊盘，9-辐射贴片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
一、天线的技术方案
本实施例一种RFID标签天线结构，如图1所示，包括印制板主辐射体1、参考地2、匹配芯片3、折叠臂4、调谐柱5、介质基板6、反射板7、芯片焊盘8、辐射贴片9。
印制板主辐射体1和参考地2均为金属覆铜材料，圆形结构，分别附着于介质基板6的上下两层。印制板主辐射体1分为辐射贴片9和反射板7两部分，如图2中的阴影部分，辐射贴片9为T型，是产生和接收电磁信号的主体，反射板7与辐射贴片9相连，其尺寸和形状可改变天线阻抗，提高天线增益。
匹配芯片3位于印制板主辐射体1上，一端和参考地2相连，另一端与辐射贴片9相连。匹配芯片3的芯片焊盘8四周均设有阻焊结构，便于实现芯片焊接，提高工艺性能，匹配芯片3、阻焊结构、芯片焊盘8上均涂覆有414硅橡胶，防止外力及环境对芯片3和芯片焊盘8造成损坏。匹配芯片3采用Alien Higgs-3标签芯片，芯片阻抗为27.4-j201Ω。
折叠臂4位于介质基板6侧面，分别连接印制板主辐射体1和参考地2；调谐柱5位于介质基板6内，分别连接印制板主辐射体1和参考地2，用于调整天线阻抗，实现最佳匹配效果。
二、天线设计步骤
步骤1、根据设计频率f0确定设计波长λ0，采用如下公式：
λ0＝C/f0(其中C为光速)；
步骤2、为实现天线小型化，根据天线波长λ0，根据设计经验确定所用介质基板6材料，天线波长λ0越长，介质基板6的介电常数越高，可适当缩小体积；
步骤3、确定匹配芯片3的型号和阻抗，由于目前市场上RFID系统绝大部分均采用Alien Higgs-3标签芯片，因此本实施例也采用Alien Higgs-3标签芯片进行设计，仿真阻抗为芯片阻抗的共轭值；
步骤4、采用HFSS(高频结构电磁仿真)电磁仿真软件建立三维模型进行仿真，通过调整辐射贴片9、反射板7和调谐柱5的位置及尺寸优化天线性能，确定天线尺寸；
步骤5、调节印制板主辐射体1覆铜图形，把天线增益调为最大，涂敷阻焊层，防止焊锡外流；
步骤6、完成标签天线的设计。
本实施例RFID标签天线的工作频带为920～925MHz，天线为圆形结构，尺寸为波长的1/12，经仿真优化，天线外形尺寸为Φ26×3mm，实现增益-6dB，有利于标签天线及相关产品的小型化设计。在有限的口径尺寸内，实现小型化高增益设计。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种RFID标签天线结构，其特征在于，包括印制板主辐射体(1)、参考地(2)、匹配芯片(3)、折叠臂(4)、调谐柱(5)、介质基板(6)、反射板(7)、辐射贴片(9)；
所述印制板主辐射体(1)和参考地(2)均为金属覆铜材料，分别附着于介质基板(6)的上下两层；印制板主辐射体(1)分为辐射贴片(9)和反射板(7)两部分，反射板(7)与辐射贴片(9)相连；
所述匹配芯片(3)位于印制板主辐射体(1)上，一端和参考地(2)相连，另一端与辐射贴片(9)相连；折叠臂(4)位于介质基板(6)侧面，分别连接印制板主辐射体(1)和参考地(2)；调谐柱(5)位于介质基板(6)内，分别连接印制板主辐射体(1)和参考地(2)。
2.如权利要求1所述的一种RFID标签天线结构，其特征在于，所述辐射贴片(9)为T型,印制板主辐射体(1)和参考地(2)为圆形。
3.如权利要求1所述的一种RFID标签天线结构，其特征在于，所述匹配芯片(3)的芯片焊盘(8)四周均设有阻焊结构。
4.如权利要求3所述的一种RFID标签天线结构，其特征在于，所述，匹配芯片(3)、阻焊结构、芯片焊盘(8)上均涂覆有硅橡胶。
5.如权利要求1所述的一种RFID标签天线结构，其特征在于，还包括采用HFSS电磁仿真软件建立三维模型进行仿真，通过调整辐射贴片(9)、反射板(7)和调谐柱(5)的位置及尺寸，优化天线性能，确定天线尺寸；调节印制板主辐射体(1)覆铜图形，调节天线增益。
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