CN114861850B

CN114861850B - 一种电子标签

Info

Publication number: CN114861850B
Application number: CN202210781923.XA
Authority: CN
Inventors: 陈垦; 唐勇; 张胜; 周勇; 冯友怀; 陈祥; 陈涛
Original assignee: Sichuan Digital Transportation Technology Co Ltd; Nanjing Hawkeye Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Sichuan Digital Transportation Technology Co Ltd
Priority date: 2022-07-05
Filing date: 2022-07-05
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2042-07-05
Also published as: CN114861850A

Abstract

本发明公开了一种电子标签，属于射频识别技术领域。电子标签包括：基板；芯片；天线层，天线层包括用于调节阻抗的环形结构，环形结构内设置用于连接芯片的馈线；寄生层，寄生层包括若干寄生单元，寄生单元之间形成用于与馈线耦合的宽度渐变的缝隙，馈线在寄生层的投影与缝隙的至少一部分重叠。本发明的在不延长天线走线或设置额外加载结构的条件下，仅通过调节环形结构的尺寸就可以改变弯折辐射单元的等效电容及等效电感，实现对天线输入阻抗的调整；同时，通过设置寄生层增强了芯片的抗干扰能力，且在寄生层中进一步设置渐变的缝隙，缝隙可以与标签天线的馈线耦合，协同调整天线阻抗，使得标签天线具有良好的匹配程度，频宽满足实际使用需求。

Description

一种电子标签

技术领域

本发明属于射频识别技术领域，具体涉及一种电子标签。

背景技术

电子标签作为射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）系统的重要组成部分，在实现数据通讯过程中起关键作用。然而为了提高天线与芯片阻抗的匹配，现有电子标签需要延长天线的走线设计或在终端设置额外的加载结构，导致电子标签的天线尺寸较大；其次，现有电子标签中芯片直接暴露在外界环境，在电子标签的厚度方向无任何防护，因此容易导致芯片受到安装环境的影响。

发明内容

发明目的：本发明提供一种电子标签，以解决现有技术中的电子标签天线的尺寸较大、芯片易受环境影响的问题。

技术方案：本发明的一种电子标签，包括：

基板，所述基板包括相对设置的第一面和第二面；

芯片，所述芯片位于所述第一面的中心；

天线层，所述天线层位于所述第一面上，所述天线层包括用于调节阻抗的环形结构，所述环形结构内设置用于连接所述芯片的馈线；

寄生层，所述寄生层位于所述第二面上，所述寄生层包括若干寄生单元，所述寄生单元之间形成用于与所述馈线耦合的宽度渐变的缝隙，所述馈线在所述寄生层的投影与所述缝隙的至少一部分重叠。

在一些实施例中，通过对环形结构的边长进行调整，天线输入阻抗的虚部和实部呈增大趋势，可以根据对输入阻抗的要求定性地调节环形结构的几何尺寸，优化环形结构能够改变天线的等效电容及等效电感值，从而达到缩小天线尺寸的效果。

在一些实施例中，寄生层能更好的控制天线阻抗值以便实现与芯片的共轭匹配，由于馈线的长度和宽度可以调整天线的输入阻抗，当缝隙的宽度渐变时，可以用于与馈线耦合，协同调整天线的输入阻抗。

在一些实施例中，所述环形结构包括第一匹配区和第二匹配区，所述第一匹配区和第二匹配区以所述馈线为轴对称设置。

在一些实施例中，由于环形结构为对称设置在馈线两侧，因此可以在较小的面积内提供更大的调节范围，从而获得更优异的匹配程度。

在一些实施例中，所述第一匹配区和所述第二匹配区为长方形，所述第一匹配区的长边尺寸D₁和短边尺寸H₁与所述第二匹配区的长边尺寸D₂和短边尺寸H₂满足：（H₁+H₂）=D₁=D₂。

在一些实施例中，环形结构可以为三角形，四边形或多边形中的任一种，优选的形状为四边形。当满足（H₁+H₂）=D₁=D₂的条件时，环形结构的形状为正方形。

在一些实施例中，所述第一匹配区和所述第二匹配区的边框厚度相同。

在一些实施例中，所述缝隙包括第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙与所述第二缝隙相交形成交点，所述芯片的中心与所述第一缝隙和所述第二缝隙的交点重合；在所述交点向外延伸的方向上，所述第一缝隙和所述第二缝隙的宽度逐渐变宽。

在一些实施例中，所述第一缝隙或所述第二缝隙的宽度满足：

W_l= W₀×e^(L/a)；

其中，W_l为所述第一缝隙或所述第二缝隙的宽度，单位为mm；W₀为所述交点处的缝隙宽度，W₀的范围为0.5~3mm；L为所述第一缝隙或所述第二缝隙的长度，单位为mm；a为调节系数；

当计算第一缝隙的宽度时，W_l为所述第一缝隙的宽度，L为所述第一缝隙的长度；

当计算第二缝隙的宽度时，W_l为所述第二缝隙的宽度，L为所述第二缝隙的长度。

作为优选，在一些实施例中，W0的范围可以是0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或3mm中任一种。

在一些实施例中，e^(L/a)表示以自然常数e为底的指数函数；调节系数a用于调整匹配至特定程度。

在一些实施例中，还包括：

两个弯折辐射单元，两个所述弯折辐射单元关于所述芯片成对称设置，所述弯折辐射单元与所述环形结构连接。

在一些实施例中，弯折辐射单元由弯折的偶极天线构成，采用弯折的偶极天线可以进一步有利于减小天线的尺寸，同时也利于提高天线阻抗的虚部，达到共匹配的目的。

在一些实施例中，所述馈线在所述寄生层的投影与所述第一缝隙重叠时，所述馈线的连线方向与所述弯折辐射单元的走线方向平行。

在一些实施例中，平行使得馈线的电流走向平行于天线走线的方向，如此可以使弯折辐射单元在较低的频率处产生谐振，从而实现标签天线的小型化。

在一些实施例中，所述馈线在所述寄生层的投影与所述第二缝隙重叠时，所述馈线的连线方向与所述弯折辐射单元的走线方向垂直，所述弯折辐射单元的长度与所述环形结构的边长相等。

在一些实施例中，垂直使得馈线的电流走向垂直于天线走线的方向，如此可以提高走线的感性分量，进一步缩减弯折线的长度以及环形结构的大小。

在一些实施例中，弯折辐射单元的走线方向决定了整体天线的尺寸，通过设置环形结构，可以控制弯折辐射单元的长度与环形结构的边长相等，以达到减小天线尺寸的目的。

在一些实施例中，所述寄生单元的形状为星形、矩形或多边形中的任意一种。

作为优选，在一些实施例中，寄生单元选择星形是因为在斜向向外延伸的方向可以被提高被识别的成功率，且又不增加寄生单元的面积。星形的每一个向外延伸的角相当于一个容性加载，从而能够进一步减少寄生单元的杂散辐射。

在一些实施例中，所述馈线的宽度为0.5~2mm。

作为优选，在一些实施例中，馈线的宽度为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm中任意一种。

在一些实施例中，所述芯片与所述馈线之间通过焊盘连接。

有益效果：现有技术相比，本发明的一种电子标签，包括：基板，基板包括相对设置的第一面和第二面；芯片，芯片位于第一面的中心；天线层，天线层位于第一面上，天线层包括用于调节阻抗的环形结构，环形结构内设置用于连接芯片的馈线；寄生层，寄生层位于第二面上，寄生层包括若干寄生单元，寄生单元之间形成用于与馈线耦合的宽度渐变的缝隙，馈线在寄生层的投影与缝隙的至少一部分重叠。本发明的电子标签在不延长天线走线或设置额外加载结构的条件下，仅通过调节环形结构的尺寸就可以改变弯折辐射单元的等效电容及等效电感，实现对天线输入阻抗的调整，使得标签天线满足小型化的设计要求；同时，通过设置寄生层增强了芯片的抗干扰能力，提高了芯片的读取性能，且在寄生层中进一步设置渐变的缝隙，缝隙可以与标签天线的馈线进一步耦合，协同调整天线阻抗，减少寄生电容，使得标签天线具有良好的匹配程度，频宽满足实际使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的电子标签的第一面示意图；

图2是本发明实施例一提供的电子标签的第二面示意图；

图3是本发明实施例一提供的电子标签的立体结构图；

图4是本发明实施例提供的环形结构示意图；

图5是本发明实施例提供的弯折辐射单元结构示意图；

图6是本发明实施例提供的寄生层局部示意图；

图7是本发明实施例提供的缝隙结构示意图；

图8是本发明实施例二提供的电子标签的第一面示意图；

图9是本发明实施一的电子标签读取性能对比；

图10是本发明实施一的电子标签的辐射方向图；

图11是本发明实施一的电子标签的回波损耗仿真图；

图12是现有技术的电子标签结构示意图；

附图标记：100-基板，200-芯片，300-天线层，301-环形结构，302-馈线，303-第一匹配区，304-第二匹配区，305-弯折辐射单元，306-焊盘，400-寄生层，401-寄生单元，402-缝隙，403-第一缝隙，404-第二缝隙，405-交点，3051-垂直部，3052-水平部，3053-过渡部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“宽度”、“内”、“外”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。

申请人发现，参见图12，对于现有的电子标签，天线走线在终端设置额外的终端部133来实现天线输入阻抗和芯片内置阻抗的匹配，使得天线尺寸较大。同时，芯片直接暴露在外界环境，在电子标签的厚度方向无任何防护，因此容易受到安装环境的影响。例如，当安装面是导体时，由于导体表面和芯片的耦合将造成天线谐振频率的漂移，导致性能急剧下降。因此如何解决现有技术中的普通标签天线的尺寸较大、芯片易受环境影响的问题是亟需解决的技术问题。

鉴于此，本发明提供一种电子标签，以解决上述的技术问题。

实施例一

请进一步参阅图1、图2和图3，本发明的电子标签为三层结构，由上至下依次包括天线层300、基板100和寄生层400；其中，基板100包括相对设置的第一面101和第二面102，基板100的第一面101上容纳天线层300和芯片200，芯片200位于第一面101的中心；天线层300包括一个环形结构301和两个沿芯片200对称设置的弯折辐射单元305，弯折辐射单元305与环形结构301连接，环形结构301上连接有馈线302，馈线302与芯片200连接；基板100的第二面102设置有寄生层400，寄生层400包括四组寄生单元401，寄生单元401采用星形结构，星形结构的一端是渐变的，可以实现斜向向外延伸时提高被识别的成功率，同时又不增加寄生单元401的面积，星形的每一个向外延伸的角相当于一个容性加载，从而能够进一步减少寄生单元的杂散辐射；四组寄生单元401之间形成缝隙402，缝隙402的宽度时渐变的，馈线302在寄生层400的投影与缝隙402的至少一部分重叠。

在一些实施例中，基板100采用树脂材质，基板的介电常数为2.2，损耗角正切值为0.0008，基板的厚度为0.3mm。

在一些实施例中，请进一步参见图4，环形结构301包括第一匹配区303和第二匹配区304，第一匹配区303和第二匹配区304以馈线302的连线为轴对称设置。由于环形结构301对称设置在馈线302两侧，因此可以在较小的面积内提供更大的调节范围，从而获得更优异的匹配程度。环形结构301的形状可以根据天线所需要的输入阻抗进行设置，调整环形结构301的边长，天线输入阻抗的虚部和实部呈增大趋势。所以可以根据对输入阻抗的要求定性地调节环形匹配结构的几何尺寸，优化环形匹配结构能够改变天线的等效电容及等效电感值。

在一些实施例中，环形结构301为正方形，其中，第一匹配区303和第二匹配区304均为长方形；第一匹配区303的长边尺寸为D₁，短边尺寸为H₁；第二匹配区304的长边尺寸为D₂，短边尺寸为H₂；当（H₁+H₂）=D₁=D₂时，第一匹配区303和第二匹配区304共同组合形成正方形，馈线302位于正方形边长的中点，芯片200位于环形结构的中心位置；第一匹配区303和第二匹配区304的边框厚度相同，保证环形结构301可以形成一体的正方形结构，便于环形结构301边长的调节；方形的环形结构301可以调节天线层300的阻抗，以便于芯片200的输出阻抗匹配，从而使得电子标签获得最大的输出功率。

在一些实施例中，请进一步参见图5，弯折辐射单元305包括垂直部3051、水平部3052和过渡部3053，其中，垂直部3051和水平部3052连接形成几字形，过渡部3053用于与环形结构301连接，垂直部3051、水平部3052和过渡部3053的距离d为1~5mm，可以为1mm、2mm、3mm、4mm或5mm。弯折辐射单元305会产生分布电容和电感，这些电容和电感对天线的输入阻抗有决定性的影响。几字形的结构可以调节辐射单元的增益，弯折的辐射单元可以在较低的频率处产生谐振，从而实现标签天线的小型化。

在一些实施例中，弯折结构减小了天线层的横向体积，垂直部3051、水平部3052和过渡部3053之间通过调整弯折的尺寸和角度，可以调整所设计天线的阻抗匹配和带宽，同时可以调整天线的极化。

在一些实施例中，请进一步参见图6；寄生单元401之间形成两道缝隙402，分别为第一缝隙403和第二缝隙404，第一缝隙403和第二缝隙404相交形成交点405，芯片200在寄生单元401的投影位于第一缝隙403和第二缝隙404的交点405处，如此能够减少寄生层400与芯片200之间的寄生电容，提高匹配程度。馈线302在寄生单元401的投影位于第一缝隙403中，馈线302的长度和宽度可以调整天线的输入阻抗。

在一些实施例中，第一缝隙403和第二缝隙404的宽度都是渐变的，请进一步参见图7，第一缝隙403和第二缝隙404的宽度以交点405向两侧延伸的方向逐渐变宽，渐变的第一缝隙403用于与馈线302耦合，调整天线的输入阻抗，渐变的第二缝隙404用于截断馈线在寄生层投影附近激励的寄生电流，防止杂散信号的产生，同时也可以调整天线输入阻抗；通过第一缝隙403和第二缝隙404的渐变设计，可以协同环形结构301进一步调整天线的输入阻抗，提高天线辐射性能。

在一些实施例中，第一缝隙403和第二缝隙404的总长度相同，第一缝隙403和第二缝隙404之间相互垂直设置。

在一些实施例中，当馈线302位于第一缝隙403中时，馈线302的连线方向与弯折辐射单元305的走线方向平行，弯折辐射单元305的整体长度小于或等于环形结构301的边长，从而可以进一步缩小天线的尺寸。

在一些实施例中，进一步参见图7，第一缝隙403和第二缝隙404交点处的宽度最小，以交点向外延伸的方向上，第一缝隙403和第二缝隙404的宽度逐渐变宽，第一缝隙403或第二缝隙404的宽度满足：

W_l= W₀×e^(L/a)

其中，W_l为第一缝隙403或第二缝隙404的宽度，单位为mm；W₀为交点405处的缝隙宽度，W₀的范围为0.5~3mm，例如可以是0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm中的任意一个；L为第一缝隙403或第二缝隙404的总长度，单位为mm；a为调节系数，用于调整匹配至特定程度，a通常为10~13，优选为12；当计算第一缝隙403的宽度时，W_l为第一缝隙403的宽度，L为第一缝隙403的长度；当计算第二缝隙404的宽度时，W_l为第二缝隙404的宽度，L为第二缝隙404的长度。

在一些实施例中，馈线302的宽度为0.5~2mm，例如可以是0.5mm、1mm、1.5mm、2mm中的任意一个尺寸，通过调整馈线302的宽度和第一缝隙403或第二缝隙404的宽度，使得馈线302与缝隙402进行耦合，使得天线可以达到很好的匹配，并且具有较高的增益，满足宽带高增益的天线设计。

在一些实施例中，馈线302的一端设置由焊盘306，馈线302通过焊盘306与芯片200连接，焊盘306通过键合线或者导电胶或者焊接的方式与芯片200电气连接。

在一些实施例中，请参见图10，整体辐射方向图呈环状，实现了全向辐射，标签天线的增益最大可达1.32dBi，说明了本发明的天线具有较广泛的覆盖范围，保证本申请的电子标签在任何角度都可以被识别捕获；参见图11，仿真和测量的曲线趋势基本一致，说明了本发明在850-950MHz之间，天线具有了良好的阻抗匹配程度，频宽满足实际使用需求。

在一些实施例中，将含有寄生层的电子标签和不含有寄生层的电子标签在潮湿的塑料表面进行读取性能对比，参见图9，由此可见相对于没有寄生层的电子标签，本申请的读取距离更远，具有更优异的技术效果；因此，本申请通过设置寄生层400有利于提高芯片的环境适应能力，同时寄生层400可以进一步协同调整天线的输入阻抗，使电子标签的天线结构更为紧凑。

实施例二

请进一步参阅参见图8，电子标签为三层结构，由上至下依次包括天线层300、基板100和寄生层400；天线层300、基板100和寄生层400的结构与实施例一相同，不同之处在于，馈线302在寄生层400的投影位于第二缝隙404中。

在一些实施例中，馈线302的连线方向与弯折辐射单元305的走线方向垂直。如此设计后使得馈线302的电流走向垂直于弯折辐射单元305走线的方向，可以提高走线的感性分量，进一步缩减弯折线的长度以及环形结构301的大小。弯折辐射单元305的整体长度L₁约等同于环形结构301的边长L₂。通过本实施例的设计，可以进一步减少对弯折辐射单元305金属材料的需要，简化工艺，降低成本。

本发明的一种电子标签，在不延长天线走线或设置额外加载结构的条件下，仅通过调节环形结构的尺寸就可以改变弯折辐射单元的等效电容及等效电感，实现对天线输入阻抗的调整，使得标签天线满足小型化的设计要求；同时，通过设置寄生层增强了芯片的抗干扰能力，提高了芯片的读取性能，且在寄生层中进一步设置渐变的缝隙，缝隙可以与标签天线的馈线进一步耦合，协同调整天线阻抗，减少寄生电容，使得标签天线具有良好的匹配程度，频宽满足实际使用需求。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本发明实施例所提供的电子标签进行了详细介绍，并应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的范围。

Claims

1.一种电子标签，其特征在于，包括：

基板（100），所述基板（100）包括相对设置的第一面（101）和第二面（102）；

芯片（200），所述芯片（200）位于所述第一面（101）的中心；

天线层（300），所述天线层（300）位于所述第一面（101）上，所述天线层（300）包括用于调节阻抗的环形结构（301），所述环形结构（301）内设置用于连接所述芯片（200）的馈线（302）；

寄生层（400），所述寄生层（400）位于所述第二面（102）上，所述寄生层（400）包括若干寄生单元（401），所述寄生单元（401）之间形成用于与所述馈线（302）耦合的宽度渐变的缝隙（402），所述馈线（302）在所述寄生层（400）的投影与所述缝隙（402）的至少一部分重叠；

所述天线层（300）还包括：

两个弯折辐射单元（305），两个所述弯折辐射单元（305）关于所述芯片（200）成对称设置，所述弯折辐射单元（305）与所述环形结构（301）连接。

2.根据权利要求1所述的一种电子标签，其特征在于，所述环形结构（301）包括第一匹配区（303）和第二匹配区（304），所述第一匹配区（303）和第二匹配区（304）以所述馈线（302）对称设置。

3.根据权利要求2所述的一种电子标签，其特征在于，所述第一匹配区（303）和所述第二匹配区（304）为长方形，所述第一匹配区（303）的长边尺寸D₁和短边尺寸H₁与所述第二匹配区（304）的长边尺寸D₂和短边尺寸H₂满足：

（H₁+H₂）=D₁=D₂。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种电子标签，其特征在于，所述缝隙（402）包括第一缝隙（403）和第二缝隙（404），所述第一缝隙（403）与所述第二缝隙（404）相交形成交点（405），所述芯片（200）的中心与所述交点（405）重合；在所述交点（405）向外延伸的方向上，所述第一缝隙（403）和所述第二缝隙（404）的宽度逐渐变宽。

5.根据权利要求4所述的一种电子标签，其特征在于，所述第一缝隙（403）或所述第二缝隙（404）的宽度满足：

W_l= W₀×e^(L/a)；

其中，W_l为所述第一缝隙（403）或所述第二缝隙（404）的宽度；W₀为所述交点（405）处的缝隙宽度，W₀的范围为0.5~3mm；L为所述第一缝隙（403）或所述第二缝隙（404）的长度；a为调节系数；

当计算第一缝隙（403）的宽度时，W_l为所述第一缝隙（403）的宽度，L为所述第一缝隙（403）的长度；

当计算第二缝隙（404）的宽度时，W_l为所述第二缝隙（404）的宽度，L为所述第二缝隙（404）的长度。

6.根据权利要求5所述的一种电子标签，其特征在于，所述馈线（302）在所述寄生层（400）的投影与所述第一缝隙（403）重叠时，所述馈线（302）的连线方向与所述弯折辐射单元（305）的走线方向平行。

7.根据权利要求5所述的一种电子标签，其特征在于，所述馈线（302）在所述寄生层（400）的投影与所述第二缝隙（404）重叠时，所述馈线（302）的连线方向与所述弯折辐射单元（305）的走线方向垂直。

8.根据权利要求7所述的一种电子标签，其特征在于，所述弯折辐射单元（305）的长度与所述环形结构（301）的边长相等。

9.根据权利要求1所述的一种电子标签，其特征在于，所述寄生单元（401）的形状为星形、矩形或多边形中的任意一种。