CN203826553U - 一种低剖面抗金属宽带超高频rfid标签天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低剖面抗金属宽带超高频RFID标签天线，包括天线辐射单元、环形馈电微带和介质基板，在介质基板的一侧同时蚀刻天线辐射单元和环形馈电微带。天线辐射单元是由一个U形辐射贴片构成，U形辐射贴片上内嵌有一条水平的长槽线，以及两条垂直于长槽线呈奇对称的短槽线。环形微带通过缝隙耦合对辐射贴片进行馈电。IC芯片安置在环形馈电微带的中部。环形微带馈电产生较高的感抗，实现了天线与具有较高容性输入阻抗的IC芯片之间的共轭匹配。本实用新型覆盖了全球UHFRFID应用频段(840-960MHz)，同时，具有不携带短路探针或短路贴片的平面结构，可安装于金属物体表面，适合低成本的批量生产。

Description

一种低剖面抗金属宽带超高频RFID标签天线

技术领域

本实用新型涉及射频识别领域使用的天线，具体涉及一种低剖面抗金属宽带超高频RFID标签天线。

背景技术

射频识别（RFID, Radio Frequency Identification）技术，又称无线射频识别，是一种无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频、高频、超高频，微波等技术。超高频射频识别（UHF RFID, Ultra-high Frequency Radio Frequency Identification）技术具有能一次性读取多个标签、穿透性强、可多次读写、数据的记忆容量大，无源电子标签成本低，体积小，使用方便，可靠性和寿命高等特点，得到了世界各国的重视。

超高频射频识别技术被广泛应用于电子客票，物流系统，以及一些新兴技术场合。然而不同国家或地区的RFID许可UHF频段不尽相同。比如，中国的840.5-844.5 MHz和920.5-924 MHz，欧洲的865-869 MHz，以及北美的902-928 MHz。因此，设计覆盖全球UHF RFID应用频段(840-960 MHz）的通用宽带标签天线具有非常重要的现实意义。

在许多实际应用情境中，标签天线需要附着在金属物体上。然而，由金属物体对电磁波的反射所带来不良影响还亟待克服。同时，对于需要批量生产的标签，低成本在天线的设计过程中也是需要考虑的重要参考指标之一。目前绝大多数抗金属的UHF RFID标签都采用了短路探针或者短路贴片的设计，这种设计加工难度较大，生产成本也较高，不利于批量生产。因此，平面结构的不带短路探针或者短路贴片的标签天线更适用于低成本的RFID标签。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种低剖面、抗金属、宽带超高频RFID标签天线。使用一个单天线提供对全球UHF RFID应用频段(840-960 MHz）的全频覆盖，并且该款天线不携带短路探针或短路贴片，适合批量生产。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种由U形辐射贴片和环形馈电微带组成的低剖面抗金属宽带超高频RFID标签天线。

技术方案如下：该天线包括天线辐射单元、环形馈电微带和介质基板，在介质基板的一侧同时蚀刻所述天线辐射单元和环形馈电微带；其特征在于所述天线辐射单元由一个U形辐射贴片构成，U形辐射贴片上内嵌有与U形辐射贴片底部平行的水平槽线，以及两条垂直于相交于水平槽线且呈奇对称的垂直槽线；环形微带通过缝隙耦合对U形辐射贴片进行馈电。

进一步优化的，水平槽线长度大于垂直槽线。

在工作频段内，U形辐射贴片上内嵌的水平槽线和呈奇对称的垂直槽线能够激发出两个相邻的谐振模，从而拓展天线带宽。通过调节垂直槽线的长度能调节谐振频点的位置。

进一步的，天线还包括IC芯片，IC芯片安置在环形馈电微带的中部；环形微带馈电产生较高的感抗，实现了天线与具有较高容性输入阻抗的IC芯片之间的共轭匹配。 

本实用新型采用微带贴片天线结构，把金属地作为天线的一部分，减少了由金属物体对电磁波的反射所带来不良影响，使标签天线能更好的工作于金属表面上。该款天线具有不携带短路探针或短路贴片的平面结构，降低加工损耗以及加工复杂等问题，适合低成本的批量生产。

本实用新型的技术方案相对现有技术具有如下优点和有益效果：

    水平槽线和奇对称垂直槽线是实现宽带天线的关键在工作频段内，U形辐射贴片上内嵌的水平槽线和奇对称槽线能够激发出两个相邻的谐振模，从而拓展天线带宽。而谐振频点的位置能够通过奇对称垂直槽线的长度进行调节。

环形馈电微带和U形贴片之间的缝隙对天线输入阻抗的调节起着关键性作用。调节环形微带的长度和缝隙宽度，能够很好地实现天线与芯片之间的共轭匹配。

采用微带贴片天线结构，把金属地作为天线的一部分，使标签天线能更好的工作于金属表面上，减少了由金属物体对电磁波的反射所带来不良影响。

该天线是全平面化、紧凑型结构，不带短路探针或者短路贴片，易于制作，U形辐射贴片和环形馈电微带相结合，实现了该款天线的半功率阻抗带宽能够达到132 MHz(838-970 MHz)，完全覆盖了通用UHF RFID应用频段(840-960 MHz)，满足了低剖面、抗金属、宽带的要求。  

附图说明

    图1是本低剖面抗金属宽带超高频RFID标签天线结构示意图。

图2是本低剖面抗金属宽带超高频RFID标签天线参数示意图。

    图1中各附图标记说明如下：

    1、U形辐射贴片； 2、槽线；3、环形馈电微带；4、介质基板；5、IC芯片；6、地板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的说明。应当理解的是，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施实例中，一种低剖面抗金属宽带超高频RFID标签天线，包括U形辐射贴片1、环形馈电微带3和介质基板4，在介质基板的下表面敷以金属薄层作为地板6，在介质基板的上表面同时蚀刻金属天线辐射单元和金属环形馈电微带。U形辐射贴片组成天线辐射单元，U形辐射贴片上内嵌有一条水平槽线，以及两条垂直于长槽线呈奇对称的垂直槽线。环形微带通过缝隙耦合对辐射贴片进行馈电。IC芯片5安置在环形馈电微带的中部。 

作为一个实例，介质基板采用FR4材料，其相对介电常数为4.4、电损耗角为0.02。介质基板的长度ls为73 mm，宽度ws为30mm，厚度h为1.6 mm。

天线主要针对英频杰（Impinj）Monza3微芯片匹配设计的。该型号芯片在915 MHz频点具有32-j216 Ω的输入阻抗和-15 dBm的功率敏感度。

相对奇对称槽线天线能够激发出两个相邻的谐振点，偶对称的槽线天线则只具有一个谐振频点。改变奇对称槽线的长度（l4和l5），便可以调节谐振频点的位置。以垂直槽线与水平槽线的相交点将垂直槽线分成较长的部分和较短的部分，当较短部分的长度l4为7.7 mm，较长部分的长度l5为14 mm时，天线的谐振点能满足天线的设计要求。

随着环形馈电微带的长边与U形辐射贴片内底部之间的距离g的增加，天线输入阻抗的电阻分量减小。随着IC芯片与环形微带的内边缘距离l6的增加，天线的输入阻抗增大。另外，水平槽线与U形辐射贴片外底部之间的距离13可对输入阻抗实现粗调，配合环形馈电微带的长边与U形辐射贴片内底部之间的距离g对输入阻抗的微调，进而能够较易实现对不同微芯片的共轭匹配。当环形馈电微带的长边与U形辐射贴片内底部之间的距离g为1.3 mm，水平槽线与U形辐射贴片外底部之间的距离13为9.5 mm，随着IC芯片与环形微带的内边缘距离l6为11 mm，能够满足Monza3微芯片匹配设计。

利用该实用新型具有不携带短路探针或短路贴片的平面结构，可以满足射频识别中标签天线低成本批量生产的需求。

Claims (4)

1.一种低剖面抗金属宽带超高频RFID标签天线，包括天线辐射单元、环形馈电微带和介质基板，在介质基板的一侧同时蚀刻所述天线辐射单元和环形馈电微带；其特征在于所述天线辐射单元由一个U形辐射贴片构成，U形辐射贴片上内嵌有与U形辐射贴片底部平行的水平槽线，以及两条垂直于相交于水平槽线且呈奇对称的垂直槽线；环形微带通过缝隙耦合对U形辐射贴片进行馈电。

2.根据权利要求1所述的一种低剖面抗金属宽带超高频RFID标签天线，其特征在于：水平槽线长度大于垂直槽线。

3.根据权利要求1所述的一种低剖面抗金属宽带超高频RFID标签天线，其特征在于：在工作频段内，U形辐射贴片上内嵌的水平槽线和呈奇对称的垂直槽线能够激发出两个相邻的谐振模，通过调节垂直槽线的长度能调节谐振频点的位置。

4.根据权利要求1所述的一种低剖面抗金属宽带超高频RFID标签天线，其特征在于：还包括IC芯片，IC芯片安置在环形馈电微带的中部。