CN201985240U - 适用于非金属表面的射频识别标签天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种适用于非金属表面的射频识别标签天线，包括介质板与设置在所述介质板表面的金属层和标签芯片端口，所述标签芯片端口位于所述介质板的中轴线上；所述金属层包括微带辐射单元和寄生辐射单元两部分；所述微带辐射单元由弯折的偶极子天线构成，偶极子天线的两臂位于所述标签芯片端口的两侧并与所述标签芯片端口相连；所述寄生辐射单元设置在所述微带辐射单元的下方并与其平行。本实用新型公开的适用于非金属表面的标签天线在保持较小天线尺寸的情况下，在谐振频率(915MHz)处与标签芯片共轭匹配，使标签芯片获得最大功率，在UHF频段，回波损耗比较低。

Description

适用于非金属表面的射频识别标签天线

技术领域

本实用新型属于射频识别技术领域，具体涉及一种适用于非金属表面的超高频(UHF)射频识别(RFID)标签天线。

背景技术

近年来，随着物流信息化水平的提高，为了适应物流行业的快速发展，需要有一种通用的终端物流数据采集设备。射频识别(RFID)技术具有读写距离长、数据容量大、安全可靠等特点，在很多领域中得到了广泛的应用，它是一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术。RFID系统的工作频率有低频100-500KHz，高频13.56MHz，超高频段860-960MHz，以及微波频段2.45GHz和5.8GHz。天线在RFID技术中起到了桥梁的作用。通常标签芯片的阻抗不是50欧姆，其阻抗具有实部很小，虚部很大的特点，在无源RFID系统中，要求天线与芯片共轭匹配，从而保证芯片能获得最大效率，有效提高了天线的效率。设计RFID标签天线时，应使天线做到体积小、结构简单和易集成。考虑到对于不同的应用环境，天线的中心频率会有所偏移，具有宽频带的天线就更具有实用价值。传统的UHF频段RFID标签天线，当尺寸减小时，天线的带宽会变得很窄，而且不易进行匹配。

目前较常用的展宽带宽方法是通过在辐射单元上开U型槽或L型槽即电抗加载的原理或添加寄生单元来增加天线的谐振频率个数，从而展宽天线的工作频带；或采用弯折线技术，它在减小天线尺寸的同时能实现宽频带，这种方法在现代天线中被广泛使用。目前大部分天线的阻抗都是50欧姆，不适合作为RFID标签天线。如何使得天线在具备一定的性能的前提下，达到天线与标签芯片的匹配一直是研究标签天线需要重点考虑的问题。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种体积小的适用于非金属表面的射频识别标签天线，该天线与标签芯片在中心频率能够达到共轭匹配，在UHF频段有较低的回波损耗。

技术方案：本实用新型所述的适用于非金属表面的射频识别标签天线，包括介质板与设置在所述介质板表面的金属层和标签芯片端口，所述标签芯片端口位于所述介质板的中轴线上；所述金属层包括微带辐射单元和寄生辐射单元两部分；所述微带辐射单元由弯折的偶极子天线构成，偶极子天线的两臂位于所述标签芯片端口的两侧并与所述标签芯片端口相连；所述寄生辐射单元设置在所述微带辐射单元的下方并与其平行。其中弯折的偶极子天线采用弯折线加载技术制得。

所述弯折的偶极子天线，其弯折的个数对于天线的方向图基本上没有影响，且在天线的最大辐射方向增益随弯折的个数增加有小幅提高，此外，天线的输入阻抗随着弯折的个数的增加而增加，在需要较大虚部阻抗值的场合可以通过增加弯折的个数来实现；其弯折的高度对天线输入阻抗的实部几乎无影响，而天线输入阻抗的虚部随高度的增加呈现线性增加。本实用新型天线的阻抗与弯折线的个数、高度和加载位置有关，具体调整方法按照通用方法调整即可。

所述寄生辐射单元，它的引入大大提高了天线阻抗的虚部，阻抗实部略有下降，且天线阻抗的虚部随寄生辐射单元长度的增加而增加，而天线的实部略有降低。

此外采用的弯折线的宽度和寄生辐射单元的宽度与相同材料、介质板厚度、915MHz工作频率时，阻抗为50Ω的偶极子天线的宽度相同，故对宽度的影响不作考虑。

出于天线低成本的考虑，本实用新型采用了较为廉价的FR4板材，其介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02，板材的厚度为0.5mm。当然也可以考虑其它比之昂贵的材料。

本实用新型天线的谐振频率为915MHz，且在UHF频段具有较低的回波损耗和良好的辐射特性。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：

1.本实用新型天线的辐射单元采用弯折线加载和寄生单元加载两种技术，使天线与标签芯片在中心频率达到共轭匹配，在UHF频段有较低的回波损耗。

2.本实用新型微带辐射单元采用弯折线加载技术的偶极子结构，这种结构可以有效地增加电流的有效路径，从而减小天线的体积，同时通过调整弯折线的个数、高度和加载位置可以生成任意虚部阻抗值的偶极子天线，而且对天线 的辐射方向图几乎没什么影响，这样有利于实现天线与RFID标签芯片的共轭匹配。

3、本实用新型中与采用弯折线技术的偶极子平行的是加载的无源寄生单元，该结构能有效地提高天线阻抗的虚部，此时阻抗实部稍有下降，此外，它对于主平面的辐射特性影响很小，从而能更好的实现标签天线与芯片阻抗的共轭匹配，使得芯片获得最大传输功率。

综上所述，本实用新型公开的适用于非金属表面的标签天线在保持较小天线尺寸的情况下，在谐振频率(915MHz)处与标签芯片共轭匹配，使标签芯片获得最大功率，在UHF频段，回波损耗比较低，且具有较好的阻抗带宽和辐射特性，此外还易于与其它电路进行集成，具有成本低，易加工的优点。

附图说明

图1是本实用新型天线的结构示意图。

图2(a)是天线电阻特性仿真图。

图2(b)是天线电抗特性仿真图。

图3是本实用新型天线的回波损耗仿真图。

图4是本实用新型天线的增益仿真图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

如图1所示，本实用新型所述适用于非金属表面的射频识别标签天线，包括介质板1与设置在所述介质板1表面的金属层和标签芯片端口4，标签芯片端口4位于介质板1的中轴线上；金属层包括微带辐射单元2和寄生辐射单元3两部分；微带辐射单元2是采用弯折线加载技术制得的弯折的偶极子天线构成，偶极子天线的两臂位于标签芯片端口4的两侧并与标签芯片端口4相连；寄生辐射单元3设置在微带辐射单元2的下方并与其平行。

介质板1采用FR4板材，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02，板材的厚度为0.5mm。金属层使用铜为材料，厚0.018mm。标签天线端口4为天线负载端口，即连接标签芯片，该天线采用的标签芯片为NXP公司的UCODE G2XMTSSOP8封装芯片，微带辐射单元2的弯折个数、高度以及加载位置和寄生辐射单元3的宽度和长度根据需要进行合理设计，使得标签芯片端口的特性阻抗与标签芯片的特性阻抗共轭匹配。

采用弯折线的偶极子天线结构的微带辐射单元2有利于减小天线的尺寸，同时也利于提高天线阻抗的虚部，达到共轭匹配的目的。寄生辐射单元3能更好的控制天线阻抗值以便实现与芯片的共轭匹配。

图2为天线的阻抗特性仿真图，(a)是天线电阻特性仿真图，(b)是天线电抗特性仿真图。从图中可以看到，该天线在915MHz的阻抗值为Z_A＝16.46+j148.04Ω，芯片在这一频率的阻抗值为Z_C＝16-j148Ω，且天线输入阻抗的实部和虚部的变化都比较缓慢，由此可见，标签天线与芯片在915MHz附近能实现较好的共轭匹配。

图3为天线的回波损耗仿真图。从图中可以看到，该天线谐振在915MHz，此处实现了很好的阻抗匹配。S₁₁＜-10dB的频率范围为840MHz：1.013GHz，即阻抗带宽为173MHz(18.9％)，能补偿标签置于物体时产生的频率偏移。

图4为天线增益仿真图。从图中可以看到，该天线的最大增益为1.038dB，H面实现全向辐射，从而保证天线在任何角度都能被读写器捕获。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (3)

1.一种适用于非金属表面的射频识别标签天线，包括介质板(1)与设置在所述介质板(1)表面的金属层和标签芯片端口(4)，其特征在于：所述标签芯片端口(4)位于所述介质板(1)的中轴线上；所述金属层包括微带辐射单元(2)和寄生辐射单元(3)两部分；所述微带辐射单元(2)由弯折的偶极子天线构成，偶极子天线的两臂位于所述标签芯片端口(4)的两侧并与所述标签芯片端口(4)相连；所述寄生辐射单元(3)设置在所述微带辐射单元(2)的下方并与其平行。

2.根据权利要求1所述的适用于非金属表面的射频识别标签天线，其特征在于：所述介质板(1)为FR4板材，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02，板材的厚度为0.5mm。

3.根据权利要求1所述的适用于非金属表面的射频识别标签天线，其特征在于：所述金属层使用铜为材料，厚0.018mm。

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