CN203085759U - 一种完全平面抗金属rfid超高频标签天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种完全平面抗金属RFID超高频标签天线。通常的抗金属天线采用双层或者多层电路板，价格较高，所以发展了完全平面抗金属标签。普通的完全平面抗金属标签不采用偶极子方式，所以对尺寸限制严格。本实用新型的特色是在普通变形偶极子天线基础上作了改进，使得变形偶极子标签天线在靠近金属的时候也能发挥不错的性能。所以，很好的继承了普通空气标签的低成本、使用灵活等特征。

Description

一种完全平面抗金属RFID超高频标签天线

技术领域

本实用新型涉及天线设计技术领域，尤其涉及一种可用于RFID(Radio FrequencyIdentification)领域的无源超高频(UHF)完全平面抗金属标签天线。 

背景技术

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术。RFID在物流、制造、医疗、运输、零售、国防等等方面得到了广泛应用。超高频RFID技术是RFID技术的一种，跟传统的高频技术相比，超高频的优点是可实现远距离无源识别，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。 

标签天线技术在超高频RFID技术中占有比高频标签技术更重要的地位，因为超高频标签的最重要指标之一是读距离，而标签天线直接决定了读距离。超高频标签一般采用远场天线工作模式，金属、水等对电磁波不友好的物质很容易影响超高频标签天线。为此发展了一系列的技术来避免或者减弱这些物质的影响。其中，如何避免或者减弱金属物质对标签影响的技术称为抗金属标签天线技术。 

绝大多数抗金属天线需要用到微带天线技术，其主要特点是要有对地的连接孔。一般做成双层金属形式，上下两层金属之间会有电连接。这种技术的主要问题是成本高，不符合标签的低价要求。为此发展了完全平面化的抗金属标签，这种标签只采用一层金属，所以可以兼容普通空气标签的生产工艺，使得抗金属标签的成本大大降低。 

已有的完全平面抗金属天线由于不属于变形偶极子天线，所以其结构要求天线面积要足够大，尤其是要足够宽，所以限制了他们的应用范围。本实用新型的特色是在普通变形偶极子天线基础上作了改进，使得变形偶极子标签天线在靠近金属的时候也能发挥不错的性能。所以，很好的继承了普通空气标签的低成本、使用灵活等特征。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种完全平面抗金属RFID天线设计。本实用新型的上述目的是通过如下的技术方案予以实现的： 

偶极子天线靠近大面积金属造成不辐射的主要原因是：偶极子天线上的电流在大面积金属内部感生出了一个相反的电流。感生电流和原电流处处抵消，造成辐射失败。本实用新型的天线并没有脱离以上原理，所以本实用新型在天线完全贴在金属上时会失效，需要天线和金属之间保持一定的距离。一般认为这个距离应该大于1/50倍波长，这个距离能够满足一般 情况下应用的需求，所以是合理的。 

在有了一定距离的保障下，本实用新型通过几个不同的方面增强天线的辐射能力。 

a)保证单臂电长度为半波长 

天线靠近大面积金属后，偶极子的一臂和大面积金属形成的结构可以看作开路传输线，当开路传输线的长度等于半波长的时候，可以认为是对地短路。所以，如果能够保证有电长度等于半波长的一臂，则可以认为这一臂对地短路，则可以认为信号加在另外一臂和地之间，可以形成对外辐射。 

因为天线尺寸的限制，常常导致天线一臂达到半波长的时候，另一臂较短。所以，整体的天线结构是一个单边达到半波长的非对称变形偶极子天线。 

b)对折叠结构进行改进 

常用的折叠结构作用是为了增加电长度。能够增加电长度的原因是，折叠结构各部分电流形成的磁场在内部互相增强，在外部互相抵消，是一个电感结构，所以能够增加电长度。但是在靠近大面积金属的时候，感生电流抵消了形成的机制，造成折叠结构增加电长度的效果下降，尤其是在电流较小的外部位置。所以本实用新型采用了在电流相对较弱位置布置锯齿形结构，有效的增加了电长度。 

c)电容加载结构和阻抗匹配方式 

本实用新型采用了电容加载结构，增加本来有限的带宽。本实用新型推荐使用T形匹配结构，或者也可以采用间接电感耦合匹配方式。 

总之，天线的整体结构为变形偶极子，中间为匹配结构，单臂长，另一臂在长度受限情况下一般为短臂(能够和长臂相同最好)。长臂的结构由内而外分别为折叠结构、锯齿结构、电容加载结构(可以根据情况省略某一结构)；短臂结构推荐简单化，采用矩形方式。 

本实用新型公开的一种抗金属RFID超高频标签天线，包括：长轴、短轴和阻抗匹配结构，其中长轴还包括电容加载结构、锯齿结构、折叠结构，折叠结构起到延长电长度的作用，锯齿结构起到有效延伸电长度的作用，电容加载结构增加天线带宽，电容加载结构、锯齿结构、折叠结构、阻抗匹配结构和短轴在一条直线上依次排列；短轴满足天线总尺寸的要求，其形状一般为矩形，也可以为其他形状；阻抗匹配结构的面积较小，可以采用直接连接的T型或者双T型匹配结构。 

在满足天线总尺寸的要求下，短轴的最优尺寸等于长轴。阻抗匹配结构可以采用磁耦合非直接连接结构。长轴和背面大面积金属构成电长度90度的开路传输线，等效为短路。锯齿结构和折叠结构可以互换位置。可以去掉折叠结构或者去掉锯齿结构。 

本实用新型不局限于某一种芯片，可以实现在绝大多数超高频标签芯片上，天线独立于 超高频芯片使用。 

天线各部分结构的重点是连接关系，天线各部分可以用各种类型的几何图形实现，见具体实施方式。 

附图说明

图1为天线原型示意图。 

图2为天线详细结构示意图。 

具体实施方式

下面参照本实用新型的附图，更详细的描述出本实用新型的一个实施例。 

本实施例采用10微米厚度的导电银浆印刷UHF标签天线，采用超高频芯片进行倒装焊。 

图一为所设计天线简单结构示意图，图二为设计天线具体图形。 

其中a1是天线长臂，要求长臂电长度和大面积金属构成半波长传输线，a2是T型匹配结构，a3是短臂 

图一中的长臂电长度在有尺寸限制的情况下难以达到，所以需要通过结构增加电长度。图二是长臂具体化的结果，其中b1是电容加载结构，b2是锯齿结构，b3是折叠结构，b4是T型匹配结构，b5是短臂。 

采用本实用新型所述方法可以实现性能较好的完全平面抗金属天线。 

上述实施例只是本实用新型的举例，尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本实用新型不应局限于实施例和附图所公开的内容。 

Claims (8)

1.一种完全平面抗金属RFID超高频标签天线，其特征在于包括：长轴、短轴和阻抗匹配结构，其中长轴还包括电容加载结构、锯齿结构、折叠结构，折叠结构起到延长电长度的作用，锯齿结构起到有效延伸电长度的作用，电容加载结构增加天线带宽，电容加载结构、锯齿结构、折叠结构、阻抗匹配结构和短轴在一条直线上依次排列；短轴满足天线总尺寸的要求，其形状一般为矩形，也可以为其他形状；阻抗匹配结构的面积较小，可以采用直接连接的T型或者双T型匹配结构。 

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于在满足天线总尺寸的要求下，短轴的最优尺寸等于长轴。 

3.如权利要求1所述的天线，其特征在于阻抗匹配结构可以采用磁耦合非直接连接结构。 

4.如权利要求1所述的天线，其特征在于：长轴和背面大面积金属构成电长度90度的开路传输线，等效为短路。 

5.如权利要求1所述的天线，其特征在于锯齿结构和折叠结构可以互换位置。 

6.如权利要求1所述的天线，其特征在于可以去掉折叠结构。 

7.如权利要求1所述的天线，其特征在于可以去掉锯齿结构。 

8.如权利要求1所述的天线，其特征在于所述天线独立于超高频芯片使用。 

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