CN205488482U - 超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的rfid标签天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的RFID标签天线，包括辐射贴片、介质基板、接地金属贴片和标签芯片，所述辐射贴片设置在介质基板的上表面，所述接地金属贴片设置在介质基板的下表面；所述辐射贴片的上部开有一个半圆形槽，所述半圆形槽的内部嵌入一个半圆环形微带馈线和一个与半圆环形微带馈线相连的矩形微带馈线，所述标签芯片焊接在半圆环形微带馈线上；所述辐射贴片的中部开有一个L形槽，辐射贴片的下部设置一个连通辐射贴片上层和接地金属贴片下层的短路过孔。本实用新型的标签天线覆盖了全球超高频RFID应用频段，3dB轴比带宽较宽，能够在更加复杂的环境中保持稳定的性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种RFID标签天线，尤其是一种超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的RFID标签天线，属于射频识别天线技术领域。
背景技术
射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术，又称无线射频识别。是一种利用电磁波实现的非接触式的自动识别技术。RFID系统由阅读器、标签和天线组成。在RFID系统中，电子标签通过标签天线捕捉到从阅读器天线发射出来的射频信号能量，并且用来激活标签芯片工作，然后在通过标签天线将芯片所储存的数据信息发射给阅读器天线进行接收。在整个射频识别通信过程中，标签天线有着十分重要的作用。
在零售业、物流业等领域，超高频射频识别(UHF-RFID)技术应用的越来越广泛。对于超高频RFID所使用的频段，不同的国家有不同的频段许可标准，例如中国采用的840MHz-845MHz和920MHz-925MHz，而北美的频段为902MHz-928MHz。因此，设计覆盖全球超高频RFID使用频段(840MHz-960MHz)的超宽带标签天线具有非常重要的意义。
在现在的市场中，大部分的RFID系统采用的是圆极化的阅读器天线，然而当标签使用线极化的天线时，在通信过程中就会出现很大的极化失配，从而大大的减少了阅读距离。甚至当阅读器天线也是使用线极化时，线极化的标签天线放置的位置稍微错位就会出现完全的极化失配，从而不能进行通信。
在许多实际应用环境中，标签需要附着在金属表面上。由于金属对电磁波的反射，当标签天线贴近金属时，天线的阻抗匹配、辐射效率、方向性都发生的改变，标签的读取距离大大的降低。因此设计一个抗金属的标签天线是市场上迫切需要的。
现在的市场上应用的RFID标签芯片都是呈现低阻抗高容抗的性质，要实现阻抗匹配，实现最大的传输功率，标签天线必须设计为低阻抗高感抗的电抗。由于不同标签芯片有着不同的阻抗值，因此设计易于阻抗调节的标签天线非常有必要。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的RFID标签天线，该标签天线具有超宽带、圆极化、抗金属、易于阻抗调节的优点，且覆盖了全球超高频RFID应用频段，3dB轴比带宽较宽。
本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：
超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的RFID标签天线，包括辐射贴片、介质基板、接地金属贴片和标签芯片，所述辐射贴片设置在介质基板的上表面，所述接地金属贴片设置在介质基板的下表面；所述辐射贴片的上部开有一个半圆形槽，所述半圆形槽的内部嵌入一个半圆环形微带馈线和一个与半圆环形微带馈线相连的矩形微带馈线，所述标签芯片焊接在半圆环形微带馈线上；所述辐射贴片的中部开有一个L形槽，辐射贴片的下部设置一个连通辐射贴片上层和接地金属贴片下层的短路过孔。
作为一种优选方案，所述辐射贴片、接地金属贴片和短路过孔均采用铜材料制成，所述介质基板采用FR4介质基板。
作为一种优选方案，所述标签芯片的型号为Impinj公司的Monza4，该标签芯片在工作频率为915MHz时具有11-j143Ω的输入阻抗和-17.4dBm的阈值功率。
作为一种优选方案，所述辐射贴片的尺寸为58mm×58mm。
作为一种优选方案，所述介质基板的平面尺寸和接地金属贴片的尺寸相同，均为68mm×68mm，且介质基板的厚度为1.6mm。
作为一种优选方案，所述半圆形槽的半径为25mm。
作为一种优选方案，所述半圆环形微带馈线的圆环外半径为22.36mm，内半径为20.39mm；所述矩形微带馈线的长度为17.3mm，宽度为2.6mm。
作为一种优选方案，所述标签芯片的下表面为正方形的微带馈线连接线，该微带馈线连接线的长度为2mm。
作为一种优选方案，所述L形槽的大矩形长度为29.5mm，小矩形长度为7mm，大矩形和小矩形的宽度均为3mm。
作为一种优选方案，所述短路过孔的中心位置与辐射贴片的下边缘之间的距离为4mm，半径为1mm。
本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本实用新型的标签天线在辐射贴片的上部开有一个半圆形槽，并在该半圆形槽的内部嵌入一个半圆环形微带馈线和一个矩形微带馈线，通过改变矩形微带馈线的长度，可以调节标签天线的阻抗，使之与使用的标签芯片阻抗相匹配；在辐射贴片的中部开有一个L形槽，通过L形槽可以激发出更好的圆极化模式；在辐射贴片的下部设置一个短路过孔，通过短路过孔连通辐射贴片上层和接地金属贴片下层，实现将接地金属贴片作为标签天线的一部分的功能，以达到抗金属的目的。
2、本实用新型的标签天线采用微带线耦合馈电方式，通过短路过孔将接地金属贴片作为标签天线的一部分，当工作于金属表面时，性能不仅不会产生影响，而且由于金属地的增大会产生更大的增益，反而增加了阅读距离。
3、本实用新型的标签天线经过测试表明，-10dB回波损耗带宽覆盖全球超高频RFID系统频段，3dB的轴比带宽也完全覆盖了美国频段和中国的920MHz-925MHz频段，因此能够在更加复杂的环境中保持稳定的性能。
附图说明
图1为本实用新型的标签天线俯视结构图。
图2为本实用新型的标签天线侧视结构图。
图3为本实用新型的标签天线输入电抗图。
图4为本实用新型的标签天线输入电阻图。
图5为本实用新型的标签天线功率反射系数的测试图。
图6为本实用新型的标签天线轴比带宽图。
图7为本实用新型的标签天线置于不同大小的金属表面的增益图。
其中，1-辐射贴片，2-介质基板，3-接地金属贴片，4-标签芯片，5-半圆形槽，6-半圆环形微带馈线，7-矩形微带馈线，8-L形槽，9-短路过孔。
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描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1和图2所示，本实施例的标签天线包括辐射贴片1、介质基板2、接地金属贴片3和标签芯片4，所述辐射贴片1设置在介质基板2的上表面，所述接地金属贴片3设置在介质基板2的下表面，作为金属地，即辐射贴片1在上层，介质基板2在中间层，接地金属贴片3在下层；
所述辐射贴片1的上部开有一个半圆形槽5，所述半圆形槽5的内部嵌入一个半圆环形微带馈线6和一个与半圆环形微带馈线6相连的矩形微带馈线7，通过半圆环形微带馈线6和矩形微带馈线7可以对辐射贴片1进行耦合馈电，通过改变矩形微带馈线7的长度，可以调节标签天线的阻抗；
所述标签芯片4焊接在半圆环形微带馈线6上，该标签芯片4的型号为Impinj公司的Monza4，该型号的芯片在工作频率为915MHz时具有11-j143Ω的输入阻抗和-17.4dBm的阈值功率；
所述辐射贴片1的中部开有一个L形槽8，通过L形槽8可以激发出更好的圆极化模式，而辐射贴片1的下部设置一个连通辐射贴片1上层和接地金属贴片3下层的短路过孔9，通过短路过孔9将接地金属贴片3作为标签天线的一部分，以达到抗金属的目的，当标签天线工作于金属表面时，性能不仅不会产生影响，而且由于接地金属贴片3的增大会产生更大的增益，反而增加了阅读距离；
在本实施例中，所述辐射贴片1、接地金属贴片3和短路过孔9均采用铜材料制成，所述介质基板2采用FR4介质基板；所述辐射贴片1的尺寸为58mm×58mm，所述介质基板2的平面尺寸和接地金属贴片3的尺寸相同，均为68mm×68mm，且介质基板2的厚度为1.6mm；所述半圆形槽5的半径为25mm，所述半圆环形微带馈线6的圆环外半径为22.36mm，内半径为20.39mm，所述矩形微带馈线7的长度为17.3mm，宽度为2.6mm，所述标签芯片4的下表面为正方形的微带馈线连接线，该微带馈线连接线的长度为2mm；所述L形槽8的大矩形长度为29.5mm，小矩形长度为7mm，大矩形和小矩形的宽度均为3mm；所述短路过孔9的中心位置与辐射贴片1的下边缘之间的距离为4mm，半径为1mm。
从上述内容可知，标签天线的阻抗调节主要通过矩形微带馈线7的长度来控制；如图3和图4所示，当矩形微带馈线7的长度增加时，标签天线的输入电抗和电阻均增大；并且，当矩形微带馈线7的长度为17.3mm时，与所使用的标签芯片4阻抗匹配的最好。
本实施例的标签天线的功率反射系数测试曲线如图5所示，从图中可以看到，-10dB带宽覆盖全球超高频RFID系统频段。
本实施例的标签天线轴比带宽曲线如图6所示，从图中可以看到，3dB的轴比带宽也完全覆盖了美国频段和中国的920MHz-925MHz频段。
本实施例的标签天线置于不同大小的金属表面的增益对比如图7所示，随着金属面积的增大，标签天线的增益也随着增大，当金属面积大于200mm×200mm时趋于稳定，可见本实施例的标签天线在金属表面工作时具有更远的阅读距离。
综上所述，本实用新型的标签天线在辐射贴片的上部开有一个半圆形槽，并在该半圆形槽的内部嵌入一个半圆环形微带馈线和一个矩形微带馈线，通过改变矩形微带馈线的长度，可以调节标签天线的阻抗，使之与使用的标签芯片阻抗相匹配；在辐射贴片的中部开有一个L形槽，通过L形槽可以激发出更好的圆极化模式；在辐射贴片的下部设置一个短路过孔，通过短路过孔连通辐射贴片上层和接地金属贴片下层，实现将接地金属贴片作为标签天线的一部分的功能，以达到抗金属的目的。
以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。
Claims (10)
1.超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的RFID标签天线，其特征在于：包括辐射贴片、介质基板、接地金属贴片和标签芯片，所述辐射贴片设置在介质基板的上表面，所述接地金属贴片设置在介质基板的下表面；所述辐射贴片的上部开有一个半圆形槽，所述半圆形槽的内部嵌入一个半圆环形微带馈线和一个与半圆环形微带馈线相连的矩形微带馈线，所述标签芯片焊接在半圆环形微带馈线上；所述辐射贴片的中部开有一个L形槽，辐射贴片的下部设置一个连通辐射贴片上层和接地金属贴片下层的短路过孔。
2.根据权利要求1所述的超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的RFID标签天线，其特征在于：所述辐射贴片、接地金属贴片和短路过孔均采用铜材料制成，所述介质基板采用FR4介质基板。
3.根据权利要求1所述的超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的RFID标签天线，其特征在于：所述标签芯片的型号为Impinj公司的Monza4，该标签芯片在工作频率为915MHz时具有11-j143Ω的输入阻抗和-17.4dBm的阈值功率。
4.根据权利要求1-3任一项所述的超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的RFID标签天线，其特征在于：所述辐射贴片的尺寸为58mm×58mm。
5.根据权利要求1-3任一项所述的超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的RFID标签天线，其特征在于：所述介质基板的平面尺寸和接地金属贴片的尺寸相同，均为68mm×68mm，且介质基板的厚度为1.6mm。
6.根据权利要求1-3任一项所述的超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的RFID标签天线，其特征在于：所述半圆形槽的半径为25mm。
7.根据权利要求6所述的超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的RFID标签天线，其特征在于：所述半圆环形微带馈线的圆环外半径为22.36mm，内半径为20.39mm；所述矩形微带馈线的长度为17.3mm，宽度为2.6mm。
8.根据权利要求7所述的超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的RFID标签天线，其特征在于：所述标签芯片的下表面为正方形的微带馈线连接线，该微带馈线连接线的长度为2mm。
9.根据权利要求1-3任一项所述的超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的RFID标签天线，其特征在于：所述L形槽的大矩形长度为29.5mm，小矩形长度为7mm，大矩形和小矩形的宽度均为3mm。
10.根据权利要求1-3任一项所述的超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的RFID标签天线，其特征在于：所述短路过孔的中心位置与辐射贴片的下边缘之间的距离为4mm，半径为1mm。
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