CN207924723U - 一种用于金属表面的全向rfid标签 - Google Patents

Abstract

一种用于金属表面的全向RFID标签，通过在介质陶瓷块上设置若干上电极，在每一上电极的一个侧边连接一个侧电极，介质陶瓷块的下表面设有接地电极，侧电极的下方还设有与接地电极电气连接的相对电极；每一上电极的另一个侧边设有电气连接上电极与接地电极的短路电极；在介质陶瓷块上表面的中部设有焊盘，焊盘的上方设有芯片，如此使互不相邻的两个PIFA天线组成2个偶极子天线，分别独立工作，能够始终保持至少一个偶极子天线处于工作状态，实现利用线极化天线进行360度全方向的读取，兼顾了读写距离与全方向可读性。

Description

一种用于金属表面的全向RFID标签

技术领域

本实用新型涉及电子标签领域，特别是一种用于金属表面的全向RFID标签。

背景技术

RFID(Radio Frequency Identification)技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。可以在物流，医疗器械管理，物资使用，图书管理，动物识别，生产装配等领域广泛的使用。RFID系统一般包括电子标签、读写器以及应用软件三部分组成。电子标签用来存储被标识物体的身份信息。读写器与电子标签进行无线通信，可以实现对标签中数据信息的写入和读取，应用软件把读写器收集的数据进行分析处理。电子标签中是整个系统中的关键部件，而标签天线的性能很大程度上决定着标签的性能，包括可读写距离，一致性等。电子标签的天线主要有偶极子天线、微带天线、平面倒F天线、平面L天线等多种类型，应用于不同的场合。

现有的天线一般为线极化天线与圆极化天线。

对于线极化天线，当收信天线的极化方向与线极化方向一致(电场方向)时，感应出的信号最大(电磁波在极化方向上投影最大)；随着收信天线的极化方向与线极化方向偏离越来越多时，感应出的信号越小(投影不断减小)；当收信天线的极化方向与线极化方向正交(磁场方向)时，感应出的信号为零(投影为零)。线极化方式对天线的方向要求较高，如线极化天线：C326013。

对于圆极化天线，无论收信天线的极化方向如何，感应出的信号都是相同的，不会有什么差别(电磁波在任何方向上的投影都是一样的)。所以，采用圆极化方式，使得系统对天线的方位(这里的方位是天线的方位，和前面所提到的方向系统的方位是不同的)敏感性降低。因而，大多数场合都采用了圆极化方式。圆极化天线如C326003B。

现阶段一些应用为了有效的增加RFID系统的读写距离，倾向于采用线极化天线方案，在增加了读写距离的同时，损失了部分方向的可读性，当读写器天线与标签天线极化方向不一致时，读写器距离将大大减小，特别是在读写器天线与标签天线极化方向正交时，理论上甚至不能读取标签。而一些埋入式应用的电子标签，在外部不能很好的辨别方向，或者某些应用中不能确保标签的方向在读写时保持固定方向，因此难以兼顾读写距离与全方向可读性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种兼顾读写距离与全方向可读性的用于金属表面的全向RFID标签，以解决上述问题。

一种用于金属表面的全向RFID标签，包括介质陶瓷块、设置于介质陶瓷块上表面的若干上电极、设置于介质陶瓷块的下表面的接地电极，位于上电极的一个侧面的侧电极及相对电极，位于上电极的另一个侧面的短路电极，设置于介质陶瓷块上表面的中部的焊盘，及设置于焊盘上的芯片，所述侧电极与对应的上电极电气连接，所述相对电极与接地电极电气连接，所述短路电极连接上电极与接地电极。

进一步地，每一上电极朝向所述介质陶瓷块的中心的角上设有缺口。

进一步地，所述芯片采用双端口芯片。

进一步地，所述介质陶瓷块的上表面及下表面均为正方形。

进一步地，所述短路电极的底部一侧开设有第一绝缘带。

进一步地，每一上电极的外角处开设第二绝缘带。

进一步地，所述介质陶瓷块由介电常数为6～200的的微波介质陶瓷制作。

进一步地，所述微波介质陶瓷为BaO-PbO-Nd2O3-TiO2系列微波材料或CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系列微波材料。

进一步地，所述介质陶瓷块的边角为平滑的倒角。

与现有技术相比，本实用新型的用于金属表面的全向RFID标签通过在介质陶瓷块上设置若干上电极，在每一上电极的一个侧边连接一个侧电极，介质陶瓷块的下表面设有接地电极，侧电极的下方还设有与接地电极电气连接的相对电极；每一上电极的另一个侧边设有电气连接上电极与接地电极的短路电极；在介质陶瓷块上表面的中部设有焊盘，焊盘的上方设有芯片，如此使互不相邻的两个PIFA天线组成2个偶极子天线，分别独立工作，能够始终保持至少一个偶极子天线处于工作状态，实现利用线极化天线进行360度全方向的读取，兼顾了读写距离与全方向可读性。

附图说明

以下结合附图描述本实用新型的实施例，其中：

图1为本实用新型提供的用于金属表面的全向RFID标签的第一实施例的立体示意图。

图2为图1中A部分的放大示意图。

图3的介质陶瓷块的立体示意图。

图4为图1中的上电极与侧电极的展开示意图。

图5为本实用新型提供的用于金属表面的全向RFID标签的第二实施例的俯视示意图。

图6为本实用新型提供的用于金属表面的全向RFID标签的测试结果图。

具体实施方式

以下基于附图对本实用新型的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本实用新型实施例的说明并不用于限定本实用新型的保护范围。

请参考图1及图2，其为本实用新型提供的一种用于金属表面的全向RFID标签(以下简称全向RFID标签)的第一实施例，包括介质陶瓷块1及设置于介质陶瓷块1上表面的若干上电极2-1、2-2、2-3及2-4，上电极2-1、2-2、2-3及2-4彼此之间不电气连接，每一上电极的一个侧边连接一个侧电极2-4-1，介质陶瓷块1的下表面设有接地电极5，侧电极2-4-1的下方还设有与接地电极5电气连接的相对电极2-4-2；每一上电极的另一个侧边设有电气连接上电极与接地电极5的短路电极2-4-3；在介质陶瓷块1上表面的中部设有焊盘3，焊盘3与若干上电极2-1、2-2、2-3及2-4均电气连接，焊盘3的上方设有芯片4，芯片4朝向焊盘3的侧面设有至少一个与焊盘3电气连接的引脚。

每一上电极2-1、2-2、2-3及2-4朝向介质陶瓷块1中心的角上设有缺口2-5，以腾出放置焊盘的空间，并避免上电极2-1、2-2、2-3及2-4之间的接触。

本实施方式中，全向RFID标签基于PIFA天线设计，从而能够在金属面上工作，上电极2-1及其侧电极2-4-1、相对电极2-4-2及短路电极2-4-3，与对角设置的上电极2-3及其侧电极2-4-1、相对电极2-4-2及短路电极2-4-3组成2个偶极子天线；同时，上电极2-2及其侧电极2-4-1、相对电极2-4-2及短路电极2-4-3，与对角设置的上电极2-4及其侧电极2-4-1、相对电极2-4-2及短路电极2-4-3组成2个偶极子天线。如此使互不相邻的两个PIFA天线组成2个偶极子天线，分别独立工作，能够始终保持至少一个偶极子天线处于工作状态，从而使全向RFID标签在极化方向上的极化矢量分量保持在全向RFID标签的极化矢量的70％以上，实现利用线极化天线进行360度全方向的读取。

本实施方式中，芯片4采用双端口芯片，如Monza M4E及Monza M4QT。

优选地，介质陶瓷块1的上表面及下表面均为正方形，请参考图3，每一上电极与其侧电极2-4-1展开后的长边L的长度决定了全向RFID标签的工作频率，即：

其中c为光速，ε_r为介质陶瓷块1的介电常数。

本实施方式中，利用PIFA天线作为全向RFID标签的谐振天线，可以有效的减小天线的尺寸，减小天线厚度，通过短路电极2-4-3和地短路，可以将工作于最低次模的半波长天线尺寸减小一半，同时给全向RFID标签的天线的传输线模型增加了电感，而设置短路电极2-4-3的最小宽度可以调节全向RFID标签的天线的工作带宽。

本实施方式中，短路电极2-4-3的底部一侧开设第一绝缘带7，短路电极2-4-3的最小宽度可以通过设置第一绝缘带7的长度实现。

全向RFID标签的天线可以通过设置侧电极2-4-1与相对电极2-4-2的间距来调整其工作阻抗；全向RFID标签的天线的工作频率可以通过设置每一上电极与其侧电极2-4-1展开后的长边L实现。

请参考图5，可以通过在每一上电极的外角处开设第二绝缘带6，使得表面电流的路径变长，减小谐振频率，从而降低全向RFID标签的天线的工作频率。

介质陶瓷块1可以由介电常数为6～200的的微波介质陶瓷制作，例如BaO-PbO-Nd2O3-TiO2系列微波材料或CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系列微波材料，或者由介电常数为1.96-27的复合材料，玻璃纤维环氧板等制作。

本实施方式中，介质陶瓷块1的所有边角均为平滑的倒角，便于相邻两个侧面的电极的制作及连接。

本实施方式中，对尺寸为10mm*10mm*3mm的全向RFID标签进行测试，测试方法为：将全向RFID标签设置于尺寸为120mm*120mm金属底板上，用芬兰Voyantic公司tagformance设备进行测试，测试结果如图6所示，测得的读取距离为各个方向上都达到2.5m，因此拥有在法向轴360°方向上的全向性能。

另外，本实施方式相对以往的磁耦合馈电的方式，馈电面直接与上电极(即谐振面)连接，采用电耦合馈电，馈电更加迅速直接。

本实用新型提供的全向RFID标签可通过如下步骤制成：

步骤S1:用微波介质陶瓷烧制成介质陶瓷块1，如图4所示。

步骤S2:在介质陶瓷块1的上表面印刷若干上电极2-1、2-2、2-3及2-4，通过烧银的工序使其与介质陶瓷块1的上表面结合。

步骤S3：在介质陶瓷块1的下表面印刷接地电极5，通过烧银的工序使其与介质陶瓷块1的表面结合。

步骤S4：对介质陶瓷块1的边角进行滚磨加工，使其成为倒角。

步骤S5:依次印刷介质陶瓷块1的四个侧面，每一个侧面均印刷侧电极2-4-1、相对电极2-4-2及短路电极2-4-3，通过烧银的工序使其与介质陶瓷块1的表面结合。

步骤S6：安装焊盘3至介质陶瓷块1上表面的中部，使得焊盘3与若干上电极2-1、2-2、2-3及2-4均电气连接。

步骤S7：焊接芯片4至焊盘3上。

进一步地，通过设置短路电极2-4-3的最小宽度以调节全向RFID标签的天线的工作带宽。本实施方式中，短路电极2-4-3的底部一侧开设第一绝缘带7，短路电极2-4-3的最小宽度可以通过设置第一绝缘带7的长度实现。

进一步地，通过设置侧电极2-4-1与相对电极2-4-2的间距来调整全向RFID标签的工作阻抗。

进一步地，通过设置每一上电极与其侧电极2-4-1展开后的长边L调整全向RFID标签的天线的工作频率。

与现有技术相比，本实用新型的用于金属表面的全向RFID标签通过在介质陶瓷块1上设置若干上电极2-1、2-2、2-3及2-4，在每一上电极的一个侧边连接一个侧电极2-4-1，介质陶瓷块1的下表面设有接地电极5，侧电极2-4-1的下方还设有与接地电极5电气连接的相对电极2-4-2；每一上电极的另一个侧边设有电气连接上电极与接地电极5的短路电极2-4-3；在介质陶瓷块1上表面的中部设有焊盘3，焊盘3的上方设有芯片4，如此使互不相邻的两个PIFA天线组成2个偶极子天线，分别独立工作，能够始终保持至少一个偶极子天线处于工作状态，实现利用线极化天线进行360度全方向的读取，兼顾了读写距离与全方向可读性，实测结果如图6所示，在多个角度均能有效读取信号。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于局限本实用新型的保护范围，任何在本实用新型精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种用于金属表面的全向RFID标签，其特征在于：所述用于金属表面的全向RFID标签包括介质陶瓷块、设置于介质陶瓷块上表面的若干上电极、设置于介质陶瓷块的下表面的接地电极，位于上电极的一个侧面的侧电极及相对电极，位于上电极的另一个侧面的短路电极，设置于介质陶瓷块上表面的中部的焊盘，及设置于焊盘上的芯片，所述侧电极与对应的上电极电气连接，所述相对电极与接地电极电气连接，所述短路电极连接上电极与接地电极。

2.如权利要求1所述的用于金属表面的全向RFID标签，其特征在于：每一上电极朝向所述介质陶瓷块的中心的角上设有缺口。

3.如权利要求1所述的用于金属表面的全向RFID标签，其特征在于：所述芯片采用双端口芯片。

4.如权利要求1所述的用于金属表面的全向RFID标签，其特征在于：所述介质陶瓷块的上表面及下表面均为正方形。

5.如权利要求1所述的用于金属表面的全向RFID标签，其特征在于：所述短路电极的底部一侧开设有第一绝缘带。

6.如权利要求1所述的用于金属表面的全向RFID标签，其特征在于：每一上电极的外角处开设第二绝缘带。

7.如权利要求1所述的用于金属表面的全向RFID标签，其特征在于：所述介质陶瓷块由介电常数为6～200的的微波介质陶瓷制作。

8.如权利要求7所述的用于金属表面的全向RFID标签，其特征在于：所述微波介质陶瓷为BaO-PbO-Nd2O3-TiO2系列微波材料或CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系列微波材料。

9.如权利要求1所述的用于金属表面的全向RFID标签，其特征在于：所述介质陶瓷块的边角为平滑的倒角。