CN203465749U - 双频射频识别标签以及包括该标签的射频识别系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双频射频识别标签以及包括该标签的射频识别系统。本实用新型包括基体、标签天线和标签芯片，标签天线和标签芯片均设置在基体上；所述标签天线设置有一中心线，且包括HF线圈天线和UHF天线，UHF天线关于中心线轴对称设置；所述的标签芯片包括HF标签芯片和UHF标签芯片，且HF标签芯片和UHF标签芯片均设置在馈电点上；HF线圈天线包括金属天线线圈、天线过桥；UHF天线包括主辐射体、微带馈线；金属天线线圈的内端通过天线过桥与馈电点相连接，外端直接与馈电点相连接；微带馈线的两端与主辐射体相连接。本实用新型通过集成UHF和HF标签天线，降低UHF和HF标签同时应用的成本，提高应用效率。

Description

双频射频识别标签以及包括该标签的射频识别系统

技术领域

本实用新型属于射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术领域，涉及一种双频（包括HF和UHF频段）射频识别标签以及包括该标签的射频识别系统。

背景技术

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术已经被广泛已经被广泛应用于各个领域，例如，货物销售、运输、生产、废物管理、邮政跟踪、航空行李管理、车辆收费管理等领域，传统的纸带条形码因其存储能力小、不能改写等缺点，在识别领域，其已经慢慢被RFID系统所替代。

RFID系统通常地包括多个RFID标签、至少一个与该RFID标签通信的具有天线的RFID读取器、以及用于控制该RFID读取器的计算装置。通常地，RFID标签由RFID标签天线和标签芯片组成；RFID读取器包括：用于将能量或信息提供到RFID标签的发送器以及用于从RFID标签接收身份和其他信息；计算装置处理通过RFID读取器所获得的信息。RFID读取器的发送器经由天线输出RF（Radio Frequency，射频）信号，从而产生电磁场，该电磁场使得RFID标签返回携带信息的RF信号。

在RFID标签中，电磁场所产生的无线电波信号是经由其RFID标签天线传送到标签芯片，并且，标签芯片的电流信号是通过RFID标签天线传送到空间中。RFID标签按频率范围主要划分为4个频带，其划分及性能、应用如下表1所示：

表1不同频段RFID系统的性能

目前，各个频段RFID标签绝大多数都是单频段应用，低频、高频、超高频、微波的RFID标签各不相容。在实际应用中，一种频段一张标签。HF标签由于其采用近场线圈耦合技术，提供更高的安全级别和更大的信息存储空间；而UHF标签拥有更好的读写距离和速度。在某些应用场合需要同时使用HF和UHF标签，同时使用两张独立的HF和UHF标签，不但手续繁琐，而且成本很高。如果能够将HF和UHF结合起来，集成到一张标签里面去，可大大降低应用成本，提高效率。

HF标签采用磁场耦合来与RFID读写器进行信息交换，天线基体和表面金属对其影响较小；而UHF采用电磁波传输的形式与RFID读写器进行信息交换，天线基体和表面金属严重影响UHF天线的增益和阻抗匹配程度，进而影响UHF标签的读写距离和性能表现。因此，如果HF天线与UHF天线集成在同一基体上，HF天线会对UHF天线产生极大的电磁耦合，两者不易于集成。

有鉴于此，有必要提出一种新型双频段（HF和UHF）RFID标签。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种双频（包括HF和UHF频段）射频识别标签以及包括该标签的射频识别系统。

本实用新型提供解决其技术问题所采用的技术方案如下：

双频射频识别标签，包括基体、标签天线和标签芯片，标签天线和标签芯片均设置在基体上；所述标签天线设置有一中心线，且包括HF线圈天线和UHF天线，UHF天线关于中心线轴对称设置；所述的标签芯片包括HF标签芯片和UHF标签芯片，且HF标签芯片和UHF标签芯片均设置在馈电点上；

HF线圈天线包括金属天线线圈、天线过桥；UHF天线包括主辐射体、微带馈线；金属天线线圈的内端通过天线过桥与馈电点相连接，外端直接与馈电点相连接；主辐射体与微带馈线均成条状，微带馈线的两端与主辐射体相连接；主辐射体与微带馈线的连接结构关于中心线对称，馈电点设置在主辐射体或微带馈线上，且与中心线同轴。

所述的主辐射体和微带馈线为直条状或弯曲折线状。

所述的HF线圈天线和UHF天线共用同一天线基体，且基体的厚度范围为0.01mm～60mm。

所述的HF线圈天线的宽度为0.2mm～2.5mm，HF线圈天线中每圈线圈之间的距离在0.2mm～2mm范围内；HF线圈天线的外层线圈的长度在30mm～80mm范围内，宽度在15mm～50mm范围内。

所述的UHF天线设置在HF线圈天线的外侧，UHF天线中的主辐射体弯曲呈Ｕ型，Ｕ型开口朝向HF线圈天线中的金属天线线圈；所述的UHF天线中的主辐射体的宽度在0.2mm～15mm范围内，长度在10mm～100mm范围内；主辐射体与HF线圈天线之间的距离在0.5mm～20mm范围内。

所述的UHF天线中微带馈线的宽度在0.2mm～13mm范围内，长度在0.5mm～15mm范围内；微带馈线与馈电点之间的距离在0.5mm～15mm范围内；微带馈线弯曲的角度在0゜～90゜范围内。

所述的微带馈线21可弯曲折叠多次，以直条和U型为最佳。所述的主辐射体可弯曲折叠多次，以U型为最佳。

射频识别系统，包括一个或多个双频射频识别标签。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型通过集成UHF标签天线和HF标签天线，使其可应用于UHF频段和HF频段，降低UHF和HF标签同时应用的成本，提高应用效率。同时该RFID标签天线结构设计紧凑、面积小，通过标签天线的形状的灵活性设计，使其可调节设置性强，应用范围广。

附图说明

图1是按照本实用新型第一实施例提供的RFID标签的结构示意图。

图2是按照本实用新型第二实施例提供的RFID标签的结构示意图。

图3是按照本实用新型第三实施例提供的RFID标签的结构示意图。

图4是按照本实用新型第四实施例提供的RFID标签的结构示意图。

图中，标签30、基体20、微带馈线21、主辐射体22、标签芯片23、馈电点24、天线过桥25、金属天线线圈26、中心线27。

具体实施方式

下面介绍的是本实用新型的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本实用新型的基本了解，并不旨在确认本实用新型的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。

实施例1

如图1所示为按照本实用新型第一实施例提供的RFID标签的结构示意图。在该实施例中，标签30包括包括基体20、标签芯片23和由金属形成的RFID标签天线（如图中黑色部分图案）。RFID标签天线通过印刷、刻蚀等方法构图形成于基体20之上（如图中所示形状），从而形成平面天线；标签芯片23设置在RFID标签天线的馈电点24处。

RFID标签天线具有中心线28，并且UHF天线关于中心线28对称。为实现更清楚地描述，如附图1所示，将中心线28所在的方向定义为y方向，垂直于中心线28的方向定义为x方向。

首先对图1所示的RFID标签天线的结构进行详细说明。

如图1所示，标签天线设置有一中心线27，包括HF线圈天线和UHF天线，UHF天线关于中心线轴对称；标签芯片23包括HF标签芯片和UHF标签芯片，且HF标签芯片和UHF标签芯片均设置在馈电点24上。HF线圈天线包括金属天线线圈26、天线过桥25；UHF天线包括主辐射体22、微带馈线21。金属天线线圈26的内端通过天线过桥25与馈电点24相连接，外端直接与馈电点24相连接。微带馈线21的两端与主辐射体22相连接；主辐射体22与微带馈线21的连接结构关于中心线27对称，馈电点24设置在微带馈线21上，且与中心线27同轴。主辐射体22与微带馈线21均成条状，可以折叠弯曲，但是其具体形状不受本实用新型实施例限制。

主辐射体22通过微带馈线21与标签芯片链接，条状主辐射体22的宽度在0.2mm至15mm范围内设置。

在主辐射体22和标签芯片23之间，设置有微带馈线21，微带馈线21关于中心线28对称，微带馈线的宽度在0.2mm至13mm范围内设置，以调整UHF天线的阻抗，实现与UHF标签芯片共轭匹配。

在实施例2中（如图2所示），微带馈线21两次弯折成U型后与主辐射体连接，在该实施例中，主辐射体22靠近HF线圈天线，而微带馈线21远离HF线圈天线。

在实施例3中（如图3所示），微带馈线21为直条状，直接和主辐射体连接；

继续如图1所示，HF线圈天线位于UHF包围的内侧，该HF线圈天线通过天线过桥25与馈电点24处的标签芯片相连接。

HF线圈天线中金属天线线圈26的宽度可以在0.2mm至2.5mm范围内设置，圈数可以在4～15之间设置，方便与HF标签芯片实现谐振。

如图1所示，UHF天线设置在HF线圈天线较短边的一侧，并形成包围状，而HF标签芯片和UHF标签芯片均置于同一馈电点24处。

实施例4中（如图4所示），UHF天线设置在HF线圈天线较长边的一侧，并形成包围状，而HF标签芯片和UHF标签芯片均置于同一馈电点24处。

在实际应用中，标签芯片23包括HF标签芯片与UHF标签芯片。UHF标签芯片的阻抗可以表示为（A’+B’j）欧姆，其中，“A’”表示阻抗的实部，“B’”表示阻抗的虚部；RFID标签的标签天线阻抗可以表示为（A+Bj）欧姆，其中，“A”表示阻抗的实部，“B”表示阻抗的虚部。

为实现UHF标签天线与UHF标签芯片最大能量传输，必须尽量实现二者阻抗的共轭匹配，也即（A’+B’j）=（A+Bj）。因此，必须使实现该RFID标签天线与该标签芯片之间容性匹配，也即两者的阻抗的实部基本相等（A’=A）；也必须使实现该RFID标签天线与该芯片11的UHF标签芯片之间感性匹配，也即两者的阻抗的虚部基本相反（B’=-B）；在A’=A、B’=-B时，即实现了阻抗匹配。

HF标签芯片的加载的电容值表示为C法拉；HF线圈天线的电感值表示为L亨。为实现HF标签工作于F=13.56MHz，必须使得以下等式成立：

其中，π是圆周率。

在本实用新型中，UHF天线的阻抗大小通过调节设置主辐射体22的长度和/或宽度和/或形状、微带馈线22长度和/或宽度、主辐射体22与HF线圈天线的距离面积和/或形状来调节。

在本实用新型中，HF线圈天线与HF标签芯片的谐振频率通过调整线圈26的宽度和长度、每圈线圈之间的距离完成。

在该实施例中，通过调节设置主辐射体22的长度来实现RFID UHF天线与UHF标签芯片之间的阻抗基本匹配，例如，在10mm至100mm范围内调节设置主辐射体22来实现，也还例如，在0.2mm至15mm范围内调节设置主辐射体22的宽度来实现基本容性匹配；通过调节馈线21的形状特征尺寸来实现RFID UHF标签天线与该UHF标签芯片之间的基本感性匹配（也即B’基本等于-B），例如，通过在0.2mm至13mm范围内调节设置馈线21的长度（例如设置为10mm），从而设置主辐射体22与馈电点之间的间距，或者通过在0.5mm至20mm范围内调节设置主辐射体22与HF天线线圈的距离（诸如设置为6mm或8mm），也或者通过以上几种方式的任意组合来共同实现标签天线与该标签芯片30之间的基本感性匹配。

在该实施例中，通过调节天线线圈的长度或/和宽度来实现HF线圈天线与HF标签芯片在13.56MHz处谐振，例如，在0.2mm至2.5mm范围内设置所述HF天线线圈26的宽度来实现；也还例如，0.2mm至2mm范围内设置所述HF天线线圈26中每圈之间的距离来实现；通过调节HF天线线圈的圈数来实现HF天线与HF标签芯片谐振在13.56MHz，例如，在4至15圈（例如设置为10圈）来实现。

需要说明的是，在调节设置主辐射体22和微带馈线21的长度时，主辐射体22和微带馈线21弯折的次数分别可以在0至5之间设置；微带馈线弯曲的角度可以在0゜（例如图3所示）至90゜（例如图1、图2所示）。

进一步，在通过本实用新型的标签天线设计灵活性强的情况下，RFID标签的双频段特性并不依赖于基体20，例如，基体20不再需要选择RF4物质材料，基体20的厚度也不需要设置为0.25λ0，因此，RFID标签10的成本可以大大降低，厚度也可以减小。在该实施例中，基体20可以选择成本相对高但抗辐射特性好的FR4（环氧玻璃布）、聚乙烯（polyethene）或聚酯（polyester）等材料，也可以选择成本低的泡沫等材料。RFID标签天线的整体厚度也可以设置在0.01mm至60mm范围内（例如0.8mm）。

通过对图1所示实施例中的标签天线的形状进行变化设置，可以得到以下实施例的RFID标签。

实施例2

图2所示为按照本实用新型第二实施例提供的RFID标签的结构示意图。如图2所示，RFID标签30同样地包括基体20、标签芯片23和由金属形成的RFID标签天线（如图中黑色部分图案）。标签天线设置有一中心线27，包括HF线圈天线和UHF天线，UHF天线关于中心线轴对称；标签芯片23包括HF标签芯片和UHF标签芯片，且HF标签芯片和UHF标签芯片均设置在馈电点24上。HF线圈天线包括金属天线线圈26、天线过桥25；UHF天线包括主辐射体22、微带馈线21。金属天线线圈26的内端通过天线过桥25与馈电点24相连接，外端直接与馈电点24相连接。微带馈线21的两端与主辐射体22相连接；主辐射体22与微带馈线21的连接结构关于中心线27对称，馈电点24设置在主辐射体22上，且与中心线27同轴。微带馈线21远离HF线圈天线，而主辐射体22靠近HF线圈天线，并形成半包围结构。相比于图1所示实施例1的标签天线，其差别主要在于微带馈线的差异，主辐射体整体靠近HF线圈天线。

实施例3

图3所示为按照本实用新型第三实施例提供的RFID标签的结构示意图。如图3所示，RFID标签30同样地包括基体20、标签芯片23和由金属形成的RFID标签天线（如图中黑色部分图案）。标签天线设置有一中心线27，包括HF线圈天线和UHF天线，UHF天线关于中心线轴对称；标签芯片23包括HF标签芯片和UHF标签芯片，且HF标签芯片和UHF标签芯片均设置在馈电点24上。HF线圈天线包括金属天线线圈26、天线过桥25；UHF天线包括主辐射体22、微带馈线21。金属天线线圈26的内端通过天线过桥25与馈电点24相连接，外端直接与馈电点24相连接。微带馈线21的两端与主辐射体22相连接；主辐射体22与微带馈线21的连接结构关于中心线27对称，馈电点24设置在微带馈线21上，且与中心线27同轴。微带馈线21靠近HF线圈天线，而主辐射体22远离HF线圈天线，并形成半包围结构。

相比于图1所示实施例的标签天线，其差别主要包括微带馈线21的形状差异，微带馈线21为直条状并直接与主辐射体连接。

实施例4

图4所示为按照本实用新型第四实施例提供的RFID标签的结构示意图。如图4所示，RFID标签30同样地包括基体20、标签芯片23和由金属形成的RFID标签天线（如图中黑色部分图案）。标签天线设置有一中心线27，包括HF线圈天线和UHF天线，UHF天线关于中心线轴对称；标签芯片23包括HF标签芯片和UHF标签芯片，且HF标签芯片和UHF标签芯片均设置在馈电点24上。HF线圈天线包括金属天线线圈26、天线过桥25；UHF天线包括主辐射体22、微带馈线21。金属天线线圈26的内端通过天线过桥25与馈电点24相连接，外端直接与馈电点24相连接。微带馈线21的两端与主辐射体22相连接；主辐射体22与微带馈线21的连接结构关于中心线27对称，馈电点24设置在微带馈线21上，且与中心线27同轴。微带馈线21靠近HF线圈天线，而主辐射体22远离HF线圈天线，并形成半包围结构。相比于图1所示实施例1的标签天线，其差别主要在于UHF天线位于HF线圈天线的较长的一侧。

以上图2至图4所示实施例的RFID标签中与图1所示实施例的RFID标签的相同部分的设置及工作原理不再一一描述，同样地，图2至图4实施例的RFID标签能够应用于UHF频段和HF频段。

本实用新型同时提供RFID系统，其包括多个以上实施例中所描述的RFID标签（30），该RFID系统还包括具有天线的RFID读取器、以及用于控制该RFID读取器的计算装置。RFID读取器和计算装置为本领域技术人员完全能够实现的部件，在此不再一一描述。

以上例子主要说明了本实用新型的RFID标签及其RFID系统。尽管只对其中一些本实用新型的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本实用新型可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本实用新型精神及范围的情况下，本实用新型可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (7)

1. 双频射频识别标签，包括基体、标签天线和标签芯片，标签天线和标签芯片均设置在基体上；其特征在于：所述标签天线设置有一中心线，且包括HF线圈天线和UHF天线，UHF天线关于中心线轴对称设置；所述的标签芯片包括HF标签芯片和UHF标签芯片，且HF标签芯片和UHF标签芯片均设置在馈电点上；

HF线圈天线包括金属天线线圈、天线过桥；UHF天线包括主辐射体、微带馈线；金属天线线圈的内端通过天线过桥与馈电点相连接，外端直接与馈电点相连接；主辐射体与微带馈线均成条状，微带馈线的两端与主辐射体相连接；主辐射体与微带馈线的连接结构关于中心线对称，馈电点设置在主辐射体或微带馈线上，且与中心线同轴。

2.如权利要求1所述的双频射频识别标签，其特征在于所述的主辐射体和微带馈线为直条状或弯曲折线状。

3.如权利要求1所述的一种双频射频识别标签，其特征在于所述的HF线圈天线和UHF天线共用同一天线基体，且基体的厚度范围为0.01mm～60mm。

4.如权利要求1所述的双频射频识别标签，其特征在于所述的HF线圈天线的宽度为0.2mm～2.5mm，HF线圈天线中每圈线圈之间的距离在0.2mm～2mm范围内；HF线圈天线的外层线圈的长度在30mm～80mm范围内，宽度在15mm～50mm范围内。

5.如权利要求1所述的双频射频识别标签，其特征在于所述的UHF天线设置在HF线圈天线的外侧，UHF天线中的主辐射体弯曲呈Ｕ型，Ｕ型开口朝向HF线圈天线中的金属天线线圈；所述的UHF天线中的主辐射体的宽度在0.2mm～15mm范围内，长度在10mm～100mm范围内；主辐射体与HF线圈天线之间的距离在0.5mm～20mm范围内。

6.如权利要求1所述的双频射频识别标签，其特征在于所述的UHF天线中微带馈线的宽度在0.2mm～13mm范围内，长度在0.5mm～15mm范围内；微带馈线与馈电点之间的距离在0.5mm～15mm范围内；微带馈线弯曲的角度在0゜～90゜范围内。

7.射频识别系统，其特征在于包括一个或多个如权利要求1所述的双频射频识别标签。

Images