CN202217293U - 读写器、电子标签和射频识别系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及读写器、电子标签和射频识别系统。所述读写器与电子标签进行通信，包括射频识别读写器天线，所述射频识别读写器天线包括介质基板、附着在介质基板相对两表面的第一金属片及第二金属片，围绕第一金属片设置有第一馈线，围绕第二金属片设置有第二馈线，所述第一馈线及第二馈线通过耦合方式分别馈入所述第一金属片及第二金属片，所述第一金属片及第二金属片上分别镂空有第一微槽结构及第二微槽结构，所述第一馈线与第二馈线电连接。本实用新型还涉及电子标签和射频识别系统。本实用新型在介质基板两面均设置有金属片，充分利用了天线的空间面积，在此环境下天线能在较低工作频率下工作，满足天线小型化、低工作频率的要求。

Description

读写器、电子标签和射频识别系统

技术领域

本实用新型属于通信领域，具体地，涉及读写器、电子标签和射频识别系统。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。

RFID系统至少包含电子标签和阅读器两部分，其中电子标签附在物体上面并包含有唯一的ID号和物品的信息；读写器用于读取电子标签上的信息，从而实现物体的自动识别。RFID系统工作时，由读写器通过读写器天线发出射频信号，电子标签通过标签天线接收到读写器发出的读写指令后，返回射频信号进行响应，把ID号和物品信息传递给读写器，从而实现物品自动识别。

随着半导体工艺的高度发展，对当今的电子系统集成度提出了越来越高的要求，器件的小型化成为了整个产业非常关注的技术问题。然而，作为电子系统的另外重要组成——射频模块，却面临着器件小型化的高难度技术挑战。其中，天线作为最终射频信号的辐射单元和接收器件，其工作特性将直接影响整个电子系统的工作性能。而天线的尺寸、带宽、增益、辐射效率等重要指标却受到了基本物理原理的限制(固定尺寸下的增益极限、带宽极限等)。这些指标极限的基本原理使得天线的小型化技术难度远远超过了其它器件，而由于射频器件的电磁场分析的复杂性，逼近这些极限值都成为了巨大的技术挑战。因此，小型化的新型天线技术成为了当代电子集成系统的一个重要技术瓶颈。对于读写器和电子标签而言，其对应的天线的小型化也是亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的一个技术问题是，现有技术在低频工作时天线受控于空间面积的物理局限的缺陷，提供一种在低频工作时具有小型化天线的读写器、电子标签和射频识别系统。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种读写器，与电子标签进行通信，包括射频识别读写器天线，所述射频识别读写器天线包括介质基板、附着在介质基板相对两表面的第一金属片及第二金属片，围绕第一金属片设置有第一馈线，围绕第二金属片设置有第二馈线，所述第一馈线及第二馈线通过耦合方式分别馈入所述第一金属片及第二金属片，所述第一金属片及第二金属片上分别镂空有第一微槽结构及第二微槽结构，所述第一馈线与第二馈线电连接。

在本实用新型所述的读写器中，所述第一金属片与第二金属片通过金属化通孔或导线连接。

在本实用新型所述的读写器中，所述第一馈线与第二馈线通过金属化通孔或导线连接。

在本实用新型所述的读写器中，所述第一微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合、组合或组阵得到的结构；

所述第二微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。

本实用新型还提供一种电子标签，与读写器进行通信，其特征在于，包括射频识别标签天线，所述射频识别标签天线包括介质基板、附着在介质基板相对两表面的第一金属片及第二金属片，围绕第一金属片设置有第一馈线，围绕第二金属片设置有第二馈线，所述第一馈线及第二馈线通过耦合方式分别馈入所述第一金属片及第二金属片，所述第一金属片及第二金属片上分别镂空有第一微槽结构及第二微槽结构，所述第一馈线与第二馈线电连接。

在本实用新型所述的电子标签中，所述第一金属片与第二金属片通过金属化通孔或导线连接。

在本实用新型所述的电子标签中，所述第一馈线与第二馈线通过金属化通孔或导线连接。

在本实用新型所述的电子标签中，所述第一微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合、组合或组阵得到的结构；

所述第二微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。

本实用新型还提供一种射频识别系统，至少包括电子标签和如上所述的读写器，所述读写器通过射频识别读写器天线与所述电子标签通信。

本实用新型还提供另一种射频识别系统，至少包括读写器和如上所述的电子标签，所述电子标签通过射频识别标签天线与所述读写器通信。

实施本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：在介质基板两面均设置有金属片，充分利用了天线的空间面积，在此环境下天线能在较低工作频率下工作，满足天线小型化、低工作频率的要求。

附图说明

图1是本实用新型的天线的立体图；

图2是图1的另一视角图；

图3a为互补式开口谐振环结构的示意图；

图3b所示为互补式螺旋线结构的示意图；

图3c所示为开口螺旋环结构的示意图；

图3d所示为双开口螺旋环结构的示意图；

图3e所示为互补式弯折线结构的示意图；

图4a为图3a所示的互补式开口谐振环结构其几何形状衍生示意图；

图4b为图3a所示的互补式开口谐振环结构其扩展衍生示意图；

图5a为三个图3a所示的互补式开口谐振环结构的复合后的结构示意图；

图5b为两个图3a所示的互补式开口谐振环结构与图3b所示为互补式螺旋线结构的复合示意图；

图6为四个图3a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图。

图7是本实用新型的射频识别系统的结构示意图；

图8是本实用新型的另一射频识别系统的结构示意图。

具体实施方式

射频识别系统的读写器包括射频识别读写器天线，通过射频识别读写器天线与电子标签进行通信。为了更好的描述本实用新型的射频识别读写器天线的结构，采用透视图画法，如图1所示。应当注意的是，本实用新型提供的天线既适用于射频识别读写器天线，也适用于射频识别标签天线。下面以射频识别读写器天线为例进行阐述。

本实用新型的天线100应用于射频识别系统中，与RFID系统中的读写器进行通信。本实用新型的射频识别读写器天线100包括介质基板1、附着在介质基板1相对两表面的第一金属片4及第二金属片7，围绕第一金属片4设置有第一馈线2，围绕第二金属片7设置有第二馈线8，所述第一馈线2通过耦合方式馈入所述第一金属片4，所述第二馈线8通过耦合方式馈入所述第二金属片7，所述第一金属片4及第二金属片7上分别镂空有第一微槽结构41及第二微槽结构71，第一金属片4除第一微槽结构41以外的部分为第一金属走线42，第二金属片7除第二微槽结构71以外的部分为第一金属走线72，所述第一馈线2与第二馈线8电连接。在同一介质基板的两面都设置金属片，等效于增加了天线物理长度(实际长度尺寸不增加)，这样就可以在极小的空间内设计出工作在极低工作频率下的射频天线。解决传统天线在低频工作时天线受控空间面积的物理局限。

如图1及2所示，所述第一馈线2与第二馈线8通过在介质基板1上开的金属化通孔10电连接。当然也可以采用导线连接。

图1至图2中，第一金属片画剖面线的部分为第一金属走线，第一金属片上的空白部分(镂空的部分)表示第一微槽结构及第二微槽结构。另外，第一馈线也用剖面线表示。同样的，第二金属片画剖面线的部分为第二金属走线，第二金属片上的空白部分(镂空的部分)表示第三微槽结构及第四微槽结构。另外，第二馈线也用剖面线表示。

图1所示为本实用新型的天线的立体图，图2为其另一视角图。综合两个图可以看出，介质基板的a表面及b表面上附着的结构相同。即第一馈线、第一金属片在b表面的投影分别与第二馈线、第二金属片重合。当然，这只是一个优选的方案，a表面与b表面的结构根据需要也可以不同。

第一馈线2围绕第一金属片4设置以实现信号耦合。另外第一金属片4与第一馈线2可以接触，也可以不接触。当第一金属片4与第一馈线2接触时，第一馈线2与第一金属片4之间感性耦合；当第一金属片4与第一馈线2不接触时，第一馈线2与金属片4之间容性耦合。

第二馈线8围绕第二金属片7设置以实现信号耦合。另外第二金属片7与第二馈线8可以接触，也可以不接触。当第二金属片7与第二馈线8接触时，第二馈线8与第二金属片7之间感性耦合；当第二金属片7与第二馈线8不接触时，第二馈线8与金属片7之间容性耦合。

本实用新型中，所述介质基板两相对表面的第一金属片与第二金属片可以连接，也可以不连接。在第一金属片与第二金属片不连接的情况下，所述第一金属片与第二金属片之间通过容性耦合的方式馈电；此种情况下，通过改变介质基板的厚度可以实现第一金属片与第二金属片的谐振。在第一金属片与第二金属片电连接的情况下(例如通过导线或金属化通孔的形式连接)，所述第一金属片与第二金属片之间通过感性耦合的方式馈电。

本实用新型中的所述第一微槽结构41、第二微槽结构71可以是图3a所示的互补式开口谐振环结构、图3b所示的互补式螺旋线结构、图3c所示的开口螺旋环结构、图3d所示的双开口螺旋环结构、图3e所示的互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。衍生分为两种，一种是几何形状衍生，另一种是扩展衍生，此处的几何形状衍生是指功能类似、形状不同的结构衍生，例如由方框类结构衍生到曲线类结构、三角形类结构及其它不同的多边形类结构；此处的扩展衍生即在图3a至图3e的基础上开设新的槽以形成新的微槽结构；以图3a所示的互补式开口谐振环结构为例，图4a为其几何形状衍生示意图，图4b为其几何形状衍生示意图。此处的复合是指，图3a至图3e的微槽结构多个叠加形成一个新的微槽结构，如图5a所示，为三个图3a所示的互补式开口谐振环结构复合后的结构示意图；如图5b所示，为两个图3a所示的互补式开口谐振环结构与图3b所示为互补式螺旋线结构共同复合后的结构示意图。此处的组阵是指由多个图3a至图3e所示的微槽结构在同一金属片上阵列形成一个整体的微槽结构，如图6所示，为多个如图3a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图。以下均以图3c所示的开口螺旋环结构为例阐述本实用新型。

另外，本实用新型中，介质基板可由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。优选地，由高分子材料制成，具体地可以是FR-4、F4B等高分子材料。

本实用新型中，第一金属片及第二金属片为铜片或银片。优选为铜片，价格低廉，导电性能好。

本实用新型中，第一馈线、第二馈线选用与第一金属片及第二金属片同样的材料制成。优选为铜。

本实用新型中，关于天线的加工制造，只要满足本实用新型的设计原理，可以采用各种制造方式。最普通的方法是使用各类印刷电路板(PCB)的制造方法，当然，金属化的通孔，双面覆铜的PCB制造也能满足本实用新型的加工要求。除此加工方式，还可以根据实际的需要引入其它加工手段，比如RFID(RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别技术，俗称电子标签)中所使用的导电银浆油墨加工方式、各类可形变器件的柔性PCB加工、铁片天线的加工方式以及铁片与PCB组合的加工方式。其中，铁片与PCB组合加工方式是指利用PCB的精确加工来完成天线微槽结构的加工，用铁片来完成其它辅助部分。另外，还可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法来加工。

本实用新型还提供一种电子标签，该电子标签包括射频识别标签天线，通过射频识别标签天线与读写器进行通信。射频识别标签天线的具体结构设计同上述的射频识别读写器天线，即上文所述的内容同样适用于电子标签中的射频识别标签天线，因此不再赘述。

本实用新型还提供了一种射频识别系统，如图7所示，射频识别系统700至少包括电子标签701和读写器702，读写器702包括如上任一实施例所述的射频识别读写器天线100。射频识别系统700工作时，由读写器702通过射频识别读写器天线100发出射频信号，电子标签701通过标签天线接收到读写器702发出的读写指令后，返回射频信号进行响应，把ID号和物品信息传递给读写器702，从而实现物品自动识别。

本实用新型还提供了另一种射频识别系统，如图8所示，射频识别系统800至少包括电子标签801和读写器802，电子标签801包括与上述任一实施例所述的射频识别读写器天线100相同结构的射频识别标签天线。射频识别系统800工作时，由读写器802通过读写器天线发出射频信号，电子标签801通过射频识别标签天线接收到读写器802发出的读写指令后，返回射频信号进行响应，把ID号和物品信息传递给读写器802，从而实现物品自动识别。

RFID的应用非常广泛，目前典型应用有动物晶片、汽车晶片防盜器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理等等。本实用新型在介质基板两面均设置有金属片，充分利用了天线的空间面积，在此环境下天线能在较低工作频率下工作，满足天线小型化、低工作频率的要求。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种读写器，与电子标签进行通信，其特征在于，包括射频识别读写器天线，所述射频识别读写器天线包括介质基板、附着在介质基板相对两表面的第一金属片及第二金属片，围绕第一金属片设置有第一馈线，围绕第二金属片设置有第二馈线，所述第一馈线及第二馈线通过耦合方式分别馈入所述第一金属片及第二金属片，所述第一金属片及第二金属片上分别镂空有第一微槽结构及第二微槽结构，所述第一馈线与第二馈线电连接。

2.根据权利要求1所述的读写器，其特征在于，所述第一金属片与第二金属片通过金属化通孔或导线连接。

3.根据权利要求1所述的读写器，其特征在于，所述第一馈线与第二馈线通过金属化通孔或导线连接。

4.根据权利要求1所述的读写器，其特征在于，所述第一微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构或互补式弯折线结构；

所述第二微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构或互补式弯折线结构。

5.一种电子标签，与读写器进行通信，其特征在于，包括射频识别标签天线，所述射频识别标签天线包括介质基板、附着在介质基板相对两表面的第一金属片及第二金属片，围绕第一金属片设置有第一馈线，围绕第二金属片设置有第二馈线，所述第一馈线及第二馈线通过耦合方式分别馈入所述第一金属片及第二金属片，所述第一金属片及第二金属片上分别镂空有第一微槽结构及第二微槽结构，所述第一馈线与第二馈线电连接。

6.根据权利要求5所述的电子标签，其特征在于，所述第一金属片与第二金属片通过金属化通孔或导线连接。

7.根据权利要求5所述的电子标签，其特征在于，所述第一馈线与第二馈线通过金属化通孔或导线连接。

8.根据权利要求5所述的电子标签，其特征在于，所述第一微槽结构为 互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构或互补式弯折线结构；

所述第二微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构或互补式弯折线结构。

9.一种射频识别系统，其特征在于，至少包括电子标签和如权利要求1～4任一项所述的读写器，所述读写器通过射频识别读写器天线与所述电子标签通信。

10.一种射频识别系统，其特征在于，至少包括读写器和如权利要求5～8任一项所述的电子标签，所述电子标签通过射频识别标签天线与所述读写器通信。 

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