CN204189950U - 一种小型化的uhf rfid抗金属标签天线 - Google Patents
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Abstract
一种小型化的UHF RFID抗金属标签天线，包括介质基板，设置在介质基板上表面的金属层，设置在介质基板下表面的金属接地板，以及连接金属接地板和辐射单元的短路金属片；本实用新型提供的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，采用了FR4材料作为介质基板，耐摔性好，便于集成；金属接地板与下层介质基板的尺寸相同，提高了天线的牢固性；本实用新型的谐振频率为0.925GHz，处于我国UHF频段内，且具有较低的回波损耗和良好的辐射特性，天线在中心频率与芯片共轭匹配，保证天线传输到芯片的功率达到最大，也有效的解决了小型化、成本高、生产工艺复杂的难题。
Description
技术领域
本实用新型涉及射频识别领域，特别是涉及一种小型化的UHF RFID抗金属标签天线。
背景技术
RFID技术是一种基于射频原理的非接触式自动识别技术，广泛应用于很多领域。目前市面的RFID电子标签规格繁多，电子标签作为物联网的信息载体也被广泛应用。在 RFID 系统中，一般的电子标签在靠近金属表面时性能降低甚至失效，其主要原因是金属涡流能量交换以及金属的反射波与入射波相位相反，叠加后相互抵消，电磁波信号极大衰减，辐射效率和阻抗匹配因数也随之急剧减小，从而导致金属表面的电子标签难以获得足够的能量激活芯片。在实际应用中，电子标签应用环境多为金属环境，设计优性能的抗金属标签的已成为目前的研究趋势。但UHF RFID抗金属标签大多是利用距离为天线工作波长的四分之一时，其读取距离比非金属环境下更远的原理设计出来的，而真空中 UHF RFID 标签天线的四分之一波长约为 8cm，致使UHF RFID抗金属标签的物理尺寸过大，不符合审美观念，也不适合大规模生产。为了减小UHF抗金属标签天线的物理尺寸，业界通常采用高介电常数的材料作为标签基板，但也因成本过高仅适用于部分产品。因此设计一款小型化、低成本的UHF RFID抗金属标签已成为行业研究的一个热点。
实用新型内容
本实用新型解决的问题主要是优化UHF RFID标签的抗金属性能以及解决目前抗金属尺寸过大和成本过高的问题，提出一种新型的结构，能使UHF RFID抗金属标签尽可能的小型化和低成本化。其技术方案如下：
一种小型化的UHF RFID抗金属标签天线，包括介质基板，设置在介质基板上表面的金属层，设置在介质基板下表面的金属接地板，以及连接金属接地板和辐射单元的短路金属片，所述的金属层由辐射单元、L形调节振子、W形调节振子以及阻抗匹配环四部分组成；所述的辐射单元是一个矩形，紧贴介质基板的下边缘设置，以介质基板中轴线为矩形的中心线；所述的L形调节振子和W形调节振子均以介质基板的中轴线为对称轴设置在辐射单元外围；所述的阻抗匹配环上端两侧与W形调节振子的末端相连设置在辐射单元的外围的上端；标签芯片端口设置于介质基板的中轴线上，两侧与所述阻抗匹配环的下端相连；所述的短路金属片是两块对称设置的矩形贴片，分别对齐辐射单元的左右边缘，连接所述的辐射单元和金属接地板构成 PIFA 结构。
进一步的，所述金属接地板的尺寸与所述介质基板的尺寸相同，长度均为29mm~31mm，宽度均为29~30mm。
进一步的，所述介质基板为 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1.6mm。
进一步的，所述的L形调节振子的长端设置在辐射单元外围的左右两端，所述的W形调节振子的首端与L形调节振子的短端相连设置在辐射单元外围的上端。
进一步的，所述的辐射单元正方形贴片的边长为16mm~17mm。
进一步的，所述的L形调节振子长端的长为26mm~27.5mm，短端长为0.5mm~0.8mm，贴片宽度为1.5mm；所述的W形调节振子的总长度为8mm~9mm，总宽度为7mm~8mm，贴片宽度为1.3mm~1.6mm。
进一步的，所述的阻抗匹配环为变形的T形匹配环，上端偶极子长为5mm~6.5mm，贴片宽度为1mm；两竖线偶极子的长度为7mm~8mm，贴片宽度为1mm，距离中心轴线的距离为0.7mm；第一弯折偶极子的长为6mm~7mm，第二弯折偶极子的长为0.5mm~1mm，第三弯折偶极子的长为8mm~8.5mm，弯折偶极子的贴片宽度均为1mm。
进一步的，所述的短路金属片长均为1.6mm，宽为1mm。
本实用新型提供的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，采用了FR4材料作为介质基板，耐摔性好，便于集成；金属接地板与下层介质基板的尺寸相同，提高了天线的牢固性 ；本实用新型的谐振频率为0.925GHz， 处于我国UHF频段内，且具有较低的回波损耗和良好的辐射特性，天线在中心频率与芯片共轭匹配，保证天线传输到芯片的功率达到最大，也有效的解决了小型化、成本高、生产工艺复杂的难题。
附图说明
图 1是本实用新型天线的俯视图。
图 2是是本实用新型天线的主视图。
图 3是本实用新型天线的回波损耗仿真图。
图4是本实用新型天线电阻特性仿真图。
图5是本实用新型天线电抗特性仿真图。
图 6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作进一步说明。
如图 1、2所示， 本实用新型的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，包括介质基板1，设置在介质基板1上表面的金属层9，设置在介质基板1下表面的金属接地板2，以及连接金属接地板2和辐射单元3的短路金属片7，所述的金属层9由辐射单元3、L形调节振子4、W形调节振子5以及阻抗匹配环6四部分组成；所述的辐射单元3是一个正方形，紧贴介质基板1下边缘设置，以介质基板1中轴线为正方形的中心线；所述的L形调节振子4和W形调节振子5均以介质基板1的中轴线为对称轴设置在辐射单元3外围，其中L形调节振子4的长端设置在辐射单元3外围的左右两端，L形调节振子4短端与W形调节振子5的首端相连设置在辐射单元3外围的上端；所述的阻抗匹配环6两端与W形调节振子5的末端相连设置在辐射单元3的外围的上端；标签芯片端口8设置于介质基板1的中轴线上，两侧与所述阻抗匹配环6的第三弯折偶极子相连；所述的短路金属片7是两块对称设置的矩形贴片，分别对齐辐射单元3的左右边缘，上下连接辐射单元3和金属接地板2构成 PIFA 结构。
作为比较优选的方案，介质基板1采用FR4材料， 介电常数为4.4， 损耗角正切值为0.02， 板材的厚度为1.6mm。金属接地板2、辐射单元3、L形调节振子4、W形调节振子5、阻抗匹配环6以及短路金属片7的材料均为铜，厚度为0.018mm。标签天线端口8为天线负载端口，本实用新型采用的标签芯片为Impinj_Monza4，芯片阻抗为10.2-j142Ω。通过对辐射单元3、L形调节振子4、W形调节振子5、阻抗匹配环6以及短路金属片7物理尺寸的合理设计，并由图4、图5看出谐振频率为0.925GHz时其阻抗为10.6+j128Ω，基本达到了阻抗共轭匹配。图3为本实用新型的回波损耗仿真图，通过图看出，本实用新型具有较低的回波损耗和良好的辐射特性。图6为0.925GHz时天线E面和H面的辐射方向图，其中虚线为E面辐射方向图，实线为H面辐射方向图。
本实用新型所述的金属接地板2 的尺寸与所述的介质基板1的尺寸相同，长度均为27mm~29mm，宽度均为29mm~30mm，本实例中介质基板尺寸为30mm 29.2mm。
所述的辐射单元3正方形贴片的边长为16mm~17mm，本实例正方形贴片的边长为16mm；
所述的L形调节振子4长端的长为26mm~27.5mm，短端长为0.5mm~0.8mm，贴片宽度为1.5mm，本实例中长端长为27.3mm，短端长为0.5mm；所述的W形调节振子5的总长度为8mm~9mm，总宽度为7mm~8mm，贴片宽度为1.3mm~1.6mm，本实例中W形调节振子5的总长度为8.8mm，总宽度为7mm，贴片宽度为1.5mm；
所述的阻抗匹配环6为变形的T形匹配环，上端偶极子长为5mm~6.5mm，贴片宽度为1mm；两竖线偶极子的长度为7mm~8mm，贴片宽度为1mm，距离中心轴线的距离为0.7mm；第一弯折偶极子的长为6mm~7mm，第二弯折偶极子的长为0.5mm~1mm，第三弯折偶极子的长为8mm~8.5mm，弯折偶极子的贴片宽度均为1mm，本实例中，上端偶极子长为6mm,两竖线偶极子的长度为7.3mm,第一弯折偶极子的长为7mm,第二弯折偶极子的长为0.5mm,第三弯折偶极子的长为8.3mm。
所述的短路金属片7长均为1.6mm，
宽为1mm。
Claims (8)
1.一种小型化的UHF RFID抗金属标签天线，包括介质基板（1），设置在介质基板（1）上表面的金属层（9），设置在介质基板（1）下表面的金属接地板（2），以及连接金属接地板（2）和辐射单元（3）的短路金属片（7），其特征在于：所述的金属层（9）由辐射单元（3）、L形调节振子（4）、W形调节振子（5）以及阻抗匹配环（6）四部分组成；所述的辐射单元（3）是一个矩形，紧贴介质基板（1）的下边缘设置，以介质基板（1）中轴线为矩形的中心线；所述的L形调节振子（4）和W形调节振子（5）均以介质基板（1）的中轴线为对称轴设置在辐射单元（3）外围；所述的阻抗匹配环（6）上端两侧与W形调节振子（5）的末端相连设置在辐射单元（3）的外围的上端；标签芯片端口（8）设置于介质基板的中轴线上，两侧与所述阻抗匹配环的下端相连；所述的短路金属片（7）是两块对称设置的矩形贴片，分别对齐辐射单元（3）的左右边缘，连接所述的辐射单元和金属接地板构成 PIFA 结构。
2.如权利要求1所述的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，其特征在于：所述金属接地板（2）的尺寸与所述介质基板（1）的尺寸相同，长度均为29mm~31mm，宽度均为29~30mm。
3.如权利要求1所述的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，其特征在于：所述介质基板 （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1.6mm。
4.如权利要求1所述的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，其特征在于：所述的L形调节振子（4）的长端设置在辐射单元（3）外围的左右两端，所述的W形调节振子（5）的首端与L形调节振子（4）的短端相连设置在辐射单元（3）外围的上端。
5.如权利要求1所述的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，其特征在于：所述的辐射单元（3）正方形贴片的边长为16mm~17mm。
6.如权利要求4所述的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，其特征在于：所述的L形调节振子（4）长端的长为26mm~27.5mm，短端长为0.5mm~0.8mm，贴片宽度为1.5mm；所述的W形调节振子（5）的总长度为8mm~9mm，总宽度为7mm~8mm，贴片宽度为1.3mm~1.6mm。
7.如权利要求1所述的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，其特征在于：所述的阻抗匹配环（6）为变形的T形匹配环，上端偶极子长为5mm~6.5mm，贴片宽度为1mm；两竖线偶极子的长度为7mm~8mm，贴片宽度为1mm，距离中心轴线的距离为0.7mm；第一弯折偶极子的长为6mm~7mm，第二弯折偶极子的长为0.5mm~1mm，第三弯折偶极子的长为8mm~8.5mm，弯折偶极子的贴片宽度均为1mm。
8.如权利要求1所述的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，其特征在于：所述的短路金属片（7）长均为1.6mm，宽为1mm。
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