WO2023097969A1 - 一种无源射频标签 - Google Patents

Abstract

一种无源射频标签，包括：载体（300）；金属天线（400），呈镜像对称分别布设于载体上相对的第一表面和第二表面；第一表面上的金属天线与第二表面上的金属天线在载体的一端断路，并在另一端短路；射频芯片（500），嵌接于金属天线中，以收发UHF频段的无线电信号；射频芯片键合在PCB模块上。本申请方案能够克服构成射频辐射结构的导电介质的劣化和剥离现象，可显著改善长期暴露于高温环境下的无源射频标签的可靠性；此外，可在有限的空间内使标签天线的可用面积最大化，提高标签设计灵活性。

Description

一种无源射频标签 技术领域

本申请涉及射频标签技术领域，特别是涉及一种无源射频标签。

背景技术

UHF频段的无源(被动型Passive)RFID(Radio Frequency Identification)技术是将电子标签贴在事物和资产上，以非接触方式识别每个物体和资产的信息，是一种根据应用环境对采集到的信息进行处理并通过具有增强安全性和协议的无线射频(RF)传输的技术。这种RFID技术克服了现有条形码和二维码技术难以批量识别多个标签、表面易损伤和损坏、远程识别问题、存储空间不足等缺点，将资产和商品的保管、维护和管理计算机化和智能化，应用于各个工业领域。

近些年这些RFID应用领域逐步扩展到多个行业领域，如货物领域的流通、销售与库存管理，汽车领域的生产和物流的供应链管理(SCM)，造船和重型设备领域的生产历史管理，交通和建筑领域的多种外部设施管理等。此外，这种趋势正在以产业间融合、区域和空间连接进化的方式扩展应用领域。尤其是随着RFID应用的范围扩展到各个工业领域并通过不同行业之间的融合发展，对无源射频标签在极限的超高温环境下的可靠性的需求越来越大。

一般来说，UHF频段的无源射频标签会随着被附着物体的材料特性、附着位置以及应用环境的不同而呈现不同的劣化特性，不仅会影响标签的电气性能，还会影响标签的物理耐用性。尤其是在无源射频标签暴露在高温环境或高温低温季节交替的环境下，且长时间循环使用，容易造成标签原材料的性能破坏或IC芯片的电性键合发生致命的损坏。

通常构成UHF频段射频标签的标签基材多为采用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)/PI材料，PCB FR4基板和介电陶瓷等材质。但PET材质在长期高温环境下耐高温性不佳；耐高温度特性强化的PI材质在高温塑料注塑成型(Injection molding)过程中，也很难维持材质固有的特性和载体稳固的特性；PCB FR4基板的耐高温特性难以保证介电材料在100℃或更高的高温环境下的可靠性，会导致叠层的剥落和扭曲现象，以及PCB基板上作为导电介质的铜箔的脱落和剥离现象，导致电标签功能丧失；陶瓷电介质是经800℃以上的超高温烧结工艺制造的，通过表面印刷工艺将作为导电辐射元件的银浆涂在三维陶瓷表面并通过相对较短的高温烧结过程制造而成。经过这种制造工艺的银浆在反复的高温应用环境下会出现剥落现象，而作为导电介质的银浆在垂直/水平等棱角面印刷过程中会发生收缩，从而很难确保拐角处电连接的稳定性。

因此，亟需提供一种能适用高温环境下的无源射频标签。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种无源射频标签，以解决现有技术中无源射频标签在高温环境下的劣化问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种无源射频标签，包括：载体；金属天线，呈镜像对称分别布设于所述载体上相对的第一表面和第二表面；所述第一表面上的金属天线与所述第二表面上的金属天线在所述载体的一端断路，并在另一端短路；射频芯片，嵌接于所述金属天线中，以供通过所述金属天线收发UHF频段的无线电信号；所述射频芯片键合在PCB模块上。

优选地，所述金属天线为长度可调的天线，以用于通过调整金属天线的长度来改变所述无源射频标签的电气参数；和/或，所述射频芯片可移动式的嵌接于所述金属天线中，以用于通过调整所述射频芯片在所述金属天线中的嵌接位置来改变所述无源射频标签的电气参数。

优选地，所述电气参数包括所述无源射频标签的中心频率和/或阻抗特性。

优选地，所述第一表面为上表面，第二表面为下表面，所述上表面上的金属天线的断路端为第一断路端，所述下表面上的金属天线的断路端为第二断路端；其中，所述射频芯片与所述第一断路端之间的金属天线的铺设长度，与无源射频标签的中心频率呈负相关且与无源射频标签的阻抗呈正相关。

优选地，所述金属天线的长度，与无源射频标签的中心频率呈负相关且与无源射频标签的阻抗呈正相关。

优选地，所述金属天线的长度取决于所述载体上设置的用于铺设所述金属天线的置线槽的长度和/或所述载体的厚度。

优选地，所述载体上相对的第一表面和第二表面分别设有呈镜像对称的置线槽。

优选地，所述载体的第一表面开设有第一主置线槽及多个与所述第一主置线槽连通的长度不同的第一支置线槽，所述载体的第二表面开设有第二主置线槽及多个与所述第二主置线槽连通的长度不同的第二支置线槽。

优选地，所述射频芯片水平设于所述第一表面或第二表面；或者，所述射频芯片垂直设于所述载体的短路端。

优选地，所述载体的短路端设有缺口部，以供容纳垂直安装的射频芯片。

优选地，所述无源射频标签还包括：壳体，设有容纳空间，以供放置所述载体；盖板，盖合该容纳空间的开口。

综上所述，本申请提供的一种无源射频标签，包括：载体；金属天线，呈镜像对称分别布设于所述载体上相对的第一表面和第二表面；所述第一表面上的金属天线与所述第二表面上的金属天线在所述载体的一端断路，并在另一端短路；射频芯片，嵌接于所述金属天线中，以供通过所述金属天线收发UHF频段的无线电信号；所述射频芯片键合在PCB模块上。

具有以下有益效果：

本申请能够克服构成射频辐射结构的导电介质的劣化和剥离现象，可显著改善应用于长期暴露于高温环境下的无源射频标签的可靠性；此外，可在有限的空间内最大化了标签天线的可用面积，提高标签设计灵活性。

附图说明

图1显示为本申请于一实施例中一种无源射频标签的结构示意图。

图2A-2D分别显示为本申请于一实施例中金属天线铺设于不同置线槽的结构示意图。

图3显示为本申请于一实施例中无源射频标签阻抗特性与长度S的关系示意图。

图4显示为本申请于一实施例中无源射频标签阻抗特性与距离d的关系示意图。

图5显示为本申请于一实施例中无源射频标签根据方位角的最大辐射增益的辐射结果示意图。

图6显示为本申请于一实施例中无源射频标签的远程识别距离的测量结果示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，虽然图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，但其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元 件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

UHF频段的无源射频标签的电气特性受被贴物(或附着对象)的材料特性、贴附的位置以及标签随应用环境的退化特性影响很大，这种影响对系统整体的完整性起着重要影响。特别是在标签长期暴露在高温环境或高温低温季节交替的环境下，易出现标签包装材料的劣化或出现射频芯片键合的可靠性等诸多问题。

为了从根本上改善上述问题，本申请提供了一种无源射频标签，无源射频标签采用金属天线作为标签的导电辐射元件，可改善标签天线在高温环境下的劣化特性，能够克服构成导电介质的劣化和剥离现象，可改善应用于多领域中长期暴露于高温环境或高温低温季节交替的环境下的无源射频标签的可靠性。此外，可在有限的空间内最大化了标签天线的可用面积，提高标签设计灵活性。

如图1所示，展示为本申请于一实施例中的无源射频标签的结构示意图。如图所示，整体来看，所述无源射频标签包括：壳体100，盖板200，载体300。

于本申请一实施例中，所述壳体100设有容纳空间，以供放置所述载体300；所述盖板200用于盖合该容纳空间的开口。

优选地，所述壳体100与盖板200采用增强塑料材质，并采用超声波熔接方式封装。

本申请为了保护射频标签避免直接受到外部冲击或暴露于高温环境中，采用超声波熔接(Ultrasonic fusion)的方式将增强塑料材质的壳体100与盖板200进行密闭封装，壳体100与盖板200之间的容纳空间用于放置载体300。这种超声波焊接方式可解决一定程度的防水/防尘问题，并使本申请无源射频标签承受外部环境一定程度的冲击。

于本申请中，所述壳体100两端设有用于固定于附着对象的安装孔110，所述安装孔110上设有金属垫片，以减少对壳体100的磨损。例如，可通过螺丝等金属紧固件对壳体100的安装孔110进行紧固，以提高无源射频标签的耐久性的加固结构。

于一些示例中，在安装孔110设置金属垫片可防止因螺丝反复旋拧或因固定强度导致壳体100破损。通常无源射频标签使用时需要和附着对象紧密贴合固定，而附着对象很多时候是金属材质。在实际应用环境中，若要用螺丝固定时，如果壳体100两端的固定部分是塑料，会产生摩擦和损伤，而金属垫片可以改善这类问题。

于本申请中，所述载体300的材料包括但不限于PC、ABS、PPS、PEEK和PP中任意一 种。

本申请所述载体300优选具有高耐热特性的PPS或PEEK等材料制成，通过注塑工艺进行封装和制造，可进一步提高耐用性和气密性，同时也进一步拓展了UHF频段的特殊标签的应用范围。相较于现有标签基材多采用的如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)/PI材质相比，本申请载体300的材料可使无源射频标签具有更好的可靠性。

除此之外，本申请还采用金属天线作为辐射介质来改善无源射频标签在高温环境下的劣化特性。

如图2A与图2B或图2C与图2D所示，所述金属天线400呈镜像对称分别布设于所述载体300上相对的第一表面和第二表面；即所述金属天线400在所述第一表面上所呈的走线路径相对其在所述第二表面上所呈的走线路径为镜像对称；所述第一表面上的金属天线400与所述第二表面上的金属天线400在所述载体300的一端断路，并在另一端短路。

优选地，本申请所述金属天线400包括但不限于铜线、铝线、铁线等金属线。于一些实施例中，可于金属天线400表面涂覆合适的材料以提高焊接强度和便利性，其可防止高温工作环境和高温加工的热熔合时发生的劣化现象，从而可提高标签工作温度特性的稳定性，并且减少标签在高温应用环境中重复和长期使用时标签本身的不良率，由此可以提高标签的使用寿命。

于本申请中，所述载体300的相对的两个表面上布设金属天线400可以引入电容分量，而令其镜像对称可使得标无源射频标签的天线匹配更易于控制或进行阻抗匹配。

因为射频芯片通常是复阻抗的，即Z＝R+jX。其中，Z是复合阻抗，R是阻抗实部，X是阻抗虚部，主要由电容电感引起该阻抗虚部。在进行阻抗匹配时，需要将天线阻抗调整为芯片阻抗的共轭阻抗，以便形成共轭匹配。所述金属天线400在所述第一表面上所呈的走线路径相对其在所述第二表面上所呈的走线路径为镜像对称，便能够形成电容分量，使金属天线400为复阻抗，以供更容易地进行阻抗匹配。

于本申请中，所述第一表面上的金属天线400与所述第二表面上的金属天线400在所述载体300的一端断路，并在另一端短路，即本申请通过所述金属天线400在载体300的一侧形成电气开放结构，在另一侧形成短路结构，从而使作为射介质的金属天线400构成了三维(立体)结构，然后通过调整金属天线400的长度，便可以自由匹配各种商用射频芯片的阻抗。

通常现有辐射介质/材料受限于自身材料欠缺柔性的特点，大多仅能实现一维线型标签形态，而本申请所采用的辐射介质/材料金属天线400，由于具有一定柔性可实现三维标签形态， 如布设于所述载体300上相对的第一表面和第二表面。其相比于一维线型标签形态，本申请采用金属天线400可以更好的用于无源射频标签天线的电阻抗匹配。

需要说明的是，传统的标签辐射介质/材料设计主要是利用空间面积来提高标签阻抗匹配和标签的辐射增益，而本申请可基于所述金属天线400具有的柔性特点，能够而在有限的空间面积内进行扩展或延伸出多种结构上的设计，提高了标签设计的高效性和灵活性。并且由于辐射介质/材料的柔性线材特性，本申请可通过简单地改变载体300上的金属天线400的长度就可以很容易控制无源射频标签中心频率和优化电气特性。

于一些示例中，本申请中金属天线400的总长度受载体300的介电常数、上下金属天线400之间的距离、射频芯片500的相对位置以及所用射频芯片500的阻抗特性的影响。因此，这些设计参数可以根据所使用射频芯片的阻抗，通过改变各种设计参数以获得最佳辐射增益，本发明的优点在于，根据固定载体300的长度和高度，可以很容易地通过调整射频芯片500位置和金属天线400长度，从而与各种阻抗的射频芯片500匹配。

于本申请一或多个实施例中，所述金属天线400为长度可调的天线，以用于通过调整金属天线400的长度来改变所述无源射频标签的电气参数，进一步地，而所述金属天线400的长度取决于所述载体300上设置的用于铺设所述金属天线的置线槽310的长度和/或所述载体300的厚度；和/或，所述射频芯片500可移动式的嵌接于所述金属天线400中，以用于通过调整所述射频芯片500在所述金属天线中的嵌接位置来改变所述无源射频标签的电气参数。优选地，所述电气参数包括所述无源射频标签的中心频率和/或阻抗特性。

具体来说，本申请在采用金属天线400为辐射介质的前提下，可通过如下任一种或多种方式的结合来改变直接或间接的改变金属天线400的长度，进而实现改变无源射频标签的中心频率和/或阻抗特性(或增益效果)：

1)改变所述第一表面与第二表面上所述金属天线400的长度。

于本申请中，所述载体300上相对的第一表面和第二表面分别设有置线槽310；所述置线槽310在所述第一表面上所呈的走线路径相对其在所述第二表面上所呈的走线路径为镜像对称。所述置线槽310用于铺设金属天线400，并且为了保证所述金属天线400在所述第一表面上所呈的走线路径相对其在所述第二表面上所呈的走线路径为镜像对称，所述置线槽310于载体300的相对的两个表面也是镜像对称设置。

具体地，所述第一表面与第二表面上所述金属天线400的长度，与无源射频标签的中心频率呈负相关且与无源射频标签的阻抗呈正相关。

简答来说，当所述金属天线400的整体长度越短，无源射频标签的中心频率越高，阻抗 特性越低；当所述金属天线400的整体长度越长，无源射频标签的中心频率越低，阻抗特性越高。

本申请为了便于改变所述第一表面与第二表面上所述金属天线400的长度，本申请在所述载体300设置包含多种不同长度的线槽，以供铺设金属天线400时选择适配的阻抗的线槽。

如图2A-2D所示，分别展示为载体300上相对两平面的置线槽结构。如图所示，所述载体300的第一表面设有第一主置线槽311，所述载体300的第二表面设有第二主置线槽312；所述第一主置线槽311的路径相对所述第二主置线槽312的路径镜像对称。

于本申请一实施例中，所述载体300的第一表面还开设有与所述第一主置线槽311连通的多个长度不同的用于延长所述金属天线400于第一表面上的铺设长度的第一支置线槽313；所述载体300的第二表面还开设有与所述第二主置线槽312连通的多个长度不同的用于延长所述金属天线400于第二表面上的铺设长度的第二支置线槽314；相应地，各所述第一支置线槽313相对各所述第二支置线槽314镜像对称。

举例来说，图2A展示了金属天线400铺设在第一主置线槽311中的长度。相应地，图2B展示为金属天线400对应铺设在第二主置线槽312中的长度。此时的金属天线400的铺设长度最短。

由于第一支置线槽313a的长度比第一主置线槽311的长度更长，且第二支置线槽314a的长度比第二主置线槽312的长度更长，因此，金属天线400铺设在第一支置线槽313a和第二支置线槽314a中的铺设长度更长。

图2C展示了金属天线400铺设在第一支置线槽313b中的长度。相应地，图2D展示了金属天线400对应铺设在第二支置线槽214b中的长度。由于第一支置线槽313b的长度比第一支置线槽313a的长度更长，且第二支置线槽314b的长度比第二支置线槽314a的长度更长，因此不难看出，此时的金属天线400的铺设长度最长。

如图3所示，显示了无源射频标签阻抗随载体300上金属天线400长度变化的模拟结果示意图。其中，为了便于理解金属天线400不同的长度变化，选取了如图2B或2D中所标示的长度S。当金属天线400的长度S从22mm变为26mm时，无源射频标签阻抗复数的虚部由+j147Ohm逐步增长到+j214Ohm，即无源射频标签阻抗复数的虚部随金属天线400的长度S的增加而增加。

因此，本申请可根据射频的阻抗特性和载体300的电介电常数，在同一所述载体300上独立选择不同长度的支置线槽来安装金属天线400，以得到不同金属天线400长度或不同辐射介质路径，从而可以调整射频的中心频率和阻抗特性。相比传统方式，本申请能够在同一 载体300上为无源射频标签提供灵活的阻抗特性。

优选地，所述第一主置线槽311连通有第一支置线槽313的一端对应为所述载体300的断路端，另一端为短路端；所述第二主置线槽312连通有第二支置线槽314的一端对应为所述载体300的断路端，另一端为短路端。

优选地，所述第一主置线槽311、第二主置线槽312、第一支置线槽313、及第二支置线槽314的槽体深度相同，以供所述载体300相对的第一表面与第二表面在铺设金属天线400后，可于第一表面与第二表面之间形成均匀的电容。

优选地，所述第一主置线槽311的路径与第二主置线槽312的路径镜像对称，第一支置线槽313的路径与第二支置线槽314的路径镜像对称，以便于所述载体300的第一表面与第二表面铺设金属天线400时，也能够保持使所述金属天线400在所述第一表面上所呈的走线路径相对其在所述第二表面上所呈的走线路径为镜像对称。

需要说明的是，所述载体300的第一表面与第二表面的所述置线槽310，一方面可将金属天线400在载体300上进行有效固定，并保持三维立体结构，从而保持有效的阻抗匹配状态；并且在高温注塑过程中，由于所述置线槽310具有对金属天线400固定的作用，可以事先防止金属天线400位置的细微流动带来的性能变化，可以从根本上解决高温喷射过程中金属天线400本身受到的热冲击问题。

另一方面，第一支置线槽312和第二支置线槽314增加了有限空间内金属天线400的有效谐振长度，多条不同长度的金属天线400可用于控制无源射频标签的中心频率或根据载体300的介电常数误差有选择地使用以改善标签性能。

通常现有标签大多仅设置单一的槽体，但是当安装环境改变，需要改变金属天线400长度以重新适配阻抗时，单一的槽体便无法满足，从而导致无源射频标签失效或重新被更换。

为了在安装环境改变时，使本申请的无源射频标签能够继续使用，特在第一主置线槽311与第二主置线槽312的基础上，还增加多个与所述第一主置线槽311连通的长度不同的第一支置线槽313，以及对应增加多个与所述第二主置线槽312连通的长度不同的第二支置线槽314。

当金属天线400按照不同长度槽体安装时，铺设的金属天线400的长度也不同，进而根据射频的阻抗特性和载体300的电介电常数，可在同一所述载体300上选择不同长度来安装金属天线400，以得到不同金属天线400长度或不同辐射介质路径，从而可以调整射频的中心频率和阻抗特性，以便自由匹配各种商用射频的阻抗。通过选择金属天线400的长度，在制造阶段就能够根据不同的产品特性改变中心频率与阻抗特性，或者，在不改变载体300和 现有标签外观的情况下轻松实现中心频率和阻抗匹配。

此外，还可以在制造阶段采用简单的方式进行误差控制，以便为制造过程中的各种误差提供应对措施，从而提高制造效率和应对各种商用IC的设计灵活性。

于本申请中，本申请中所述置线槽310大部分是保持直线结构，仅小部分为弯曲结构。也即所铺设的金属天线400的大部分为直线形态。与现有金属线弯曲或缠绕姿态不同，本申请中金属天线400基本属于直线形态进行铺设，其目的在于可减小无源射频标签的雷达散射截面。

需要说明的是，由于无源射频标签所附着的金属材料的性质，会因不规则截面的无线电波反射、无线电波能量吸收、因周围环境产生的电波干扰、衍射等因素，导致无源射频标签的接收信号强度下降，由此导致无源射频标签的性能下降和识别率显著降低。因此，本申请使用金属天线400作为导电材料在结构上大部分采用直线形态，可以减小标签的RCS(Radar Cross Section)雷达散射截面积，以及减少因周边环境的电波反射和干涉带来的不良影响。

2)改变所述射频芯片500在所述金属天线400中的嵌接位置。

于本申请中，所述射频芯片500嵌接于所述金属天线400中。优选地，所述射频芯片500通过打线键合到PCB模块(或PCB板)的正面，通过高温环氧树脂塑封；所述PCB模块的背面两侧电性连接所述金属天线400，所述PCB模块通过通孔在正面和背面之间实现电连接。

于一或多个实施例中，本申请还可将具有各种阻抗的射频芯片500键合在PCB模块上，PCB块模块通过引线键合和塑封工艺将各种射频芯片做成模块并安装到载体300，从而区分射频芯片的电气特性与标签的辐射作用，以供提高标签耐久性和设计的灵活性。

于一些示例中，所述载体300的第一表面上第一主置线槽311或第二表面上第二主置线槽312的线槽路径上还嵌设有用于放置射频芯片500的芯片槽320。优选地，所述PCB模块的正面安装在芯片槽320底部，从而使所述射频芯片500固定于所述载体300与所述PCB模块之间，以保护射频芯片500免受物理冲击的优势。其中，芯片槽320可以通过机械方式在正面制作一定的凹槽，以增加与射频焊接过程中的便利性和固定张力。

于本申请一实施例中，所述第一表面为上表面，第二表面为下表面，所述上表面上的金属天线400的断路端为第一断路端，所述下表面上的金属天线400的断路端为第二断路端；其中，所述射频芯片500与所述第一断路端之间的金属天线400的铺设长度，与无源射频标签的中心频率呈负相关且与无源射频标签的阻抗呈正相关；或者，所述射频芯片500与所述第二断路端之间的金属天线400的铺设长度，与无源射频标签的中心频率呈正相关且与无源射频标签的阻抗呈负相关。

优选地，所述射频芯片500水平设于所述第一表面或第二表面；或者，所述射频芯片500垂直设于所述载体300的短路端。所述载体300的短路端设有缺口部330，以供容纳垂直安装的射频芯片500。

在本申请中，载体300上射频芯片500的位置选择是决定无源射频标签阻抗匹配的最重要的设计变量之一。当射频位于载体300上表面或下表面或位于载体300的缺口部330时，无源射频标签的阻抗匹配变化很大，可对各种芯片的选择具有灵活性。所述载体300的一端设有缺口部330是为了确保射频芯片500放置的空间，以提高无源射频标签的可扩展性。

具体来说，当射频芯片500位于载体300一端的缺口部330时，可以在金属贴附状态下最大化标签性能。而如果是金属与非金属共用的情况，还可通过将射频芯片500的位置安装在载体300的上表面或下表面，以将因附着对像的介质变更导致的性能变化最小化。

简单来说，射频芯片500的位置选择取决于所使用的射频芯片500的阻抗特性和金属天线400的总长度。具体地，所述射频芯片500设于所述载体300的上表面时，适合芯片阻抗较小的情况；所述射频芯片500设于所述载体300的下表面时，适合芯片阻抗较大的情况；所述射频芯片500设于所述载体300的缺口部330时，适合芯片阻抗中等的情况。

进一步地，所述射频芯片500设于所述载体300的上表面时，在一定范围内，所述射频芯片500距离所述载体300的断路端越近，无源射频标签的中心频率越高且无源射频标签的阻抗越低；反之，所述射频芯片500距离所述载体300的断路端越远，无源射频标签的中心频率越低且无源射频标签的阻抗越高；相应地，所述射频芯片500设于所述载体300的下表面时，在一定范围内，所述射频芯片500距离所述载体300的断路端越近，无源射频标签的中心频率越低且无源射频标签的阻抗特性越高；反之，所述射频芯片500距离所述载体300的断路端越远，无源射频标签的中心频率越高且无源射频标签的阻抗特性越低。简单来说，当射频芯片500距离上表面的断路端越远，构成金属天线400的相对长度越长，无源射频标签的中心频率越低且无源射频标签的阻抗越高，相对更容易阻抗匹配。

举例来说，假设上表面的射频芯片500到短路端的距离为d，如图4所示，无源射频标签阻抗根据距离d的变化的模拟结果示意图。如图所示，当从载体300的短路端的到射频芯片500中心的举例d从9mm变为19mm时，无源射频标签阻抗复数的虚部变化如图所示。载体300的短路端到射频芯片500的距离d为9mm时，标签阻抗复数的虚部为+j148Ohm，当d增加到19mm时，标签阻抗复数的虚部逐步增加到+j222Ohm。由此可知阻抗复数的虚部随载体300的短路端到射频芯片500的距离的增加而增加，即所述射频芯片500与所述第一断路端之间的金属天线400的铺设长度，与无源射频标签的中心频率呈负相关且与无源射频标 签的阻抗呈正相关；相反地，所述射频芯片500与所述第二断路端之间的金属天线400的铺设长度，与无源射频标签的中心频率呈正相关且与无源射频标签的阻抗呈附相关。因此，为了更好地匹配各种UHF频段的射频芯片500的阻抗，可通过改变所述射频芯片500在所述金属天线400中的嵌接位置，以改变射频的阻抗特性。

于一或多个实施例中，与改变所述第一表面与第二表面上所述金属天线400的长度相比，通过改变所述射频芯片500在所述金属天线400中的嵌接位置属于微调。

3)改变所述载体300的厚度。

于本申请一实施例中，所述载体300的厚度与无源射频标签的中心频率呈负相关且与无源射频标签的阻抗呈正相关。

于本申请中，第一表面和第二表面的金属天线400的电耦合极大程度取决于载体300的厚度。

简单来说，增加载体300的厚度，间接的相当于增加了金属天线400需要铺设的整体长度，因此，其相对于改变所述第一表面与第二表面上所述金属天线400的长度，是进一步地微调。因此，载体300的厚度与无源射频标签的中心频率和/或阻抗特性的相关性与金属天线400的长度一样，当载体300的厚度增加，无源射频标签的中心频率呈减小且与无源射频标签的阻抗呈增加；反之，当载体300的厚度减小，无源射频标签的中心频率呈增加且与无源射频标签的阻抗呈减小。

但是，由于载体300厚度的增加伴随着无源射频标签的整体尺寸的增加，并受构成载体300的材质参数的影响。因此，载体300厚度也并非越大越好，在实际的设计时适当调整载体300厚度即可。

整体来说，上述一种或多种来改变无源射频标签的中心频率和/或阻抗特性的方式，通过将单个设计参数或多个设计参数最优化，可灵活匹配各种UHF频段的芯片阻抗，可在不改变现有标签外观的情况下轻松改变电气匹配。

于本申请中，所述载体300两侧开设有一或多个空腔，如多个任意尺寸的冲孔结构，空腔的设计可减少载体300重量，进而减少载体300材料使用量以达到降低成本的目的。

如图5所示，示出了使用本申请金属天线400的无源射频标签根据方位角的最大辐射增益的辐射结果图，即UHF频段中心频率920MHZ下Y-Z平面和X-Z平面上的辐射图。其中，XYZ坐标系可参考图1中所示。

本申请的一般应用环境是考虑到附着在金属物体上的环境，举例来说，将接地面的水平和垂直长度固定为300mm，基于该接地平面表现出4.75dBi的辐射增益。本申请无源射频标 签的折叠式辐射介质在结构上，因X-Z平面上的载体300左右两侧的不对称特性，在远距离辐射方向图上(对应为实线)也表现出不对称特性；而在Y-Z平面上的辐射图形(对应为虚线)呈现左右均匀对称特性。无源射频标签的最大辐射增益形成在金属接地面的垂直方向上，无源射频标签的辐射增益可以根据接地面的尺寸的变化而发生部分变化。这是因为标签本身的接地面的作用取决于敷设在载体300第一表面与第二表面的金属天线400的形状，而不是立体面积。

如图6所示，示出了本申请利用金属天线400的无源射频标签的远程识别距离的测量结果。举例来说，在用于测量的系统中，无源射频标签位于一块尺寸为25cm的方形金属板的中心，通过Voyantic(公司)的Tagformance系统在微波暗室中进行测量。测量系统中使用的标准功率是通过RFID阅读器功率和天线增益之和设置为36dBm来测量的。在分析测得的识别距离时，测得在UHF频段920MHz中心频率有15m以上的识别距离。

由此可以说明，本申请设计的基于金属天线400的无源射频标签，在实现耐高温的基础上，在识别距离上也具有良好的效果。

另外，现有UHF频段专用标签的PCB材料和陶瓷材料大多需要特殊的制造设备和严格管理的制造技术，但本申请提出的金属天线400及载体300不需要专门的制造设备，不需要特殊或复杂的制造工艺的管理，能够使用一般市场上能采购到的材料进行制造。这种原材料采购上和制造上的便利性可以降低制造成本来确保产品竞争力，同时，可以在不依赖外部专业设备的情况下在内部进行生产和管理。

综上所述，本申请提供的一种无源射频标签，能够克服构成射频辐射结构的导电介质的劣化和剥离现象，可显著改善应用于长期暴露于高温环境下的无源射频标签的可靠性；此外，可在有限的空间内最大化了标签天线的可用面积，提高标签设计灵活性。

本申请有效克服了现有技术中的多种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中包含通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1. 一种无源射频标签，其特征在于，包括：

   载体；

   金属天线，呈镜像对称分别布设于所述载体上相对的第一表面和第二表面；所述第一表面上的金属天线与所述第二表面上的金属天线在所述载体的一端断路，并在另一端短路；

   射频芯片，嵌接于所述金属天线中，以供通过所述金属天线收发UHF频段的无线电信号；所述射频芯片键合在PCB模块上。
2. 根据权利要求1所述的无源射频标签，其特征在于，所述金属天线为长度可调的天线，以用于通过调整金属天线的长度来改变所述无源射频标签的电气参数；和/或，所述射频芯片可移动式的嵌接于所述金属天线中，以用于通过调整所述射频芯片在所述金属天线中的嵌接位置来改变所述无源射频标签的电气参数。
3. 根据权利要求2所述的无源射频标签，其特征在于，所述电气参数包括所述无源射频标签的中心频率和/或阻抗特性。
4. 根据权利要求3所述的无源射频标签，其特征在于，所述第一表面为上表面，第二表面为下表面，所述上表面上的金属天线的断路端为第一断路端，所述下表面上的金属天线的断路端为第二断路端；其中，所述射频芯片与所述第一断路端之间的金属天线的铺设长度，与无源射频标签的中心频率呈负相关且与无源射频标签的阻抗呈正相关。
5. 根据权利要求3所述的无源射频标签，其特征在于，所述金属天线的长度与无源射频标签的中心频率呈负相关且与无源射频标签的阻抗呈正相关。
6. 根据权利要求2所述的无源射频标签，其特征在于，所述金属天线的长度取决于所述载体上设置的用于铺设所述金属天线的置线槽的长度和/或所述载体的厚度。
7. 根据权利要求1所述的无源射频标签，其特征在于，所述载体上相对的第一表面和第二表面分别设有呈镜像对称的置线槽。
8. 根据权利要求7所述的无源射频标签，其特征在于，所述载体的第一表面开设有第一主置线槽及多个与所述第一主置线槽连通的长度不同的第一支置线槽，所述载体的第二表面开设有第二主置线槽及多个与所述第二主置线槽连通的长度不同的第二支置线槽。
9. 根据权利要求1所述的无源射频标签，其特征在于，所述射频芯片水平设于所述第一表面或第二表面；或者，所述射频芯片垂直设于所述载体的短路端。
10. 根据权利要求9所述的无源射频标签，其特征在于，所述载体的短路端设有缺口部，以供容纳垂直安装的射频芯片。
11. 根据权利要求1所述的无源射频标签，其特征在于，所述无源射频标签还包括：

    壳体，设有容纳空间，以供放置所述载体；

    盖板，盖合该容纳空间的开口。

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