CN101118985B - 由低温共烧陶瓷天线构成的甚高频射频识别标签天线 - Google Patents

Abstract

一种由低温共烧陶瓷天线构成的甚高频射频识别标签天线，有印刷在低温共烧陶瓷基板上的L形接地金属线、与L形接地金属线连接的螺旋形微带辐射单元和连接在L形接地金属线与螺旋形微带辐射单元的连接点处的曲折线形馈入金属线，所述的曲折线形馈入金属线的另一端为馈线输入端；在L形接地金属线、螺旋形微带辐射单元、曲折线形馈入金属线基板的下层还设置有由低温共烧陶瓷为基板的下层接地金属板，在L形接地金属线的另一端通过两层之间的通孔与下层接地金属板相连接。本发明减小了天线面积，降低了损耗，可实现RFID标签的全集成化。

Description

由低温共烧陶瓷天线构成的甚高频射频识别标签天线

技术领域

本发明涉及一种射频识别标签天线。特别是涉及一种在保证UHF RFID标签性能的情况下，能够大大减小天线面积，提高天线增益，降低损耗，且可通过调整馈入金属线和接地金属线的尺寸，轻易实现与负载阻抗相匹配的由低温共烧陶瓷天线构成的甚高频射频识别标签天线。

背景技术

射频识别(RFID，即Radio Frequency Identification)技术是从上世纪八十年代起走向成熟的一种自动识别技术，它通过射频方式进行非接触双向通信，从而达到识别并交换数据目的。随着大规模集成电路技术的发展成熟，射频识别***，特别是射频标签的体积大大减小，因此可应用于更加广阔的领域。

RFID标签天线的性能直接影响到***的整体性能。通常，为了确保接收和发射信号的可靠性，标签天线必须采用全向天线。此外，天线的实现与应用还受到成本、面积及基底材料特性等因素的限制。商品化RFID标签一般采用胶片乃至普通纸张等柔性材料作为基底，这样，由于基底材料的介电常数低、损耗高，使得天线的增益和尺寸等指标很难有所突破。现有UHF RFID标签天线的增益通常小于1.8，面积约等于IC卡面积(8.5cm×5cm)，且制作工艺与半导体集成电路工艺互不兼容，无法实现全集成UHF RFID标签。

在UHF RFID***中，最常使用的是偶极子天线。它的基本结构由两段同样粗细和等长的直导线排布成一条直线构成。信号从中间的两个端点馈入，在偶极子的两臂上产生一定的电流分布，这种电流分布会在天线周围空间激发电磁场。偶极子天线具有优良的辐射性能，但是天线的尺寸较大，不能满足微型化要求。为了在满足全向性要求的同时减小天线尺寸，可将偶极子天线变形为单极子结构，但由于单极子天线纵向尺寸较大，且阻抗匹配存在一定的难度，所以极少在UHF RFID标签中应用。

现有UHF频段的单极天线多采用倒F结构，它是由L型单极天线演变而来的。L型单极天线是将单极天线折成L的形状，其优点在于可以减小天线的高度。但其负载阻抗较低，匹配存在一定难度。因此，为了增加整体天线的输入阻抗，在L型单极天线垂直部分的尾端再加上一个L形，同时将尾端接地，即形成倒F结构。

图1是印刷倒F天线结构示意图。目前倒F天线通常印刷在PCB基板上，但若将其制作在胶片和普通纸张等低介电常数、高损耗的基底上用于915MHz UHF RFID标签，则由于其长度约为共振频率的四分之一波长，面积难以进一步减小。

LTCC技术采用多层基板通过低温共烧形成高密度三维集成电路，不仅可方便地将电阻、电容、电感等无源元件埋置在三维结构中，而且具有高频高Q值特性、可适应大电流及耐高温应用要求等优点。与胶片和纸张等材料相比，LTCC基板材料的介电常数高，损耗低，温度稳定性好，有利于高性能天线的制备，同时解决了UHF RFID标签天线性能与面积之间的矛盾，并为实现全集成UHF RFID标签奠定了坚实的基础，使得RFID技术可应用于更加广阔的领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在保证UHF RFID标签性能的情况下，能够大大减小天线面积，提高天线增益，降低损耗，且可通过调整馈入金属线和接地金属线的尺寸，轻易实现与负载阻抗相匹配的由低温共烧陶瓷天线构成的甚高频射频识别标签天线。

本发明所采用的技术方案是：一种由低温共烧陶瓷天线构成的甚高频射频识别标签天线，包括有：L形接地金属线；与L形接地金属线连接的螺旋形微带辐射单元；连接在L形接地金属线与螺旋形微带辐射单元的连接点处的曲折线形馈入金属线，所述的曲折线形馈入金属线的另一端为馈线输入端；所述的L形接地金属线、螺旋形微带辐射单元、曲折线形馈入金属线均印刷在由低温共烧陶瓷构成的基板上；在L形接地金属线、螺旋形微带辐射单元、曲折线形馈入金属线的基板下层还设置有由低温共烧陶瓷和接地金属共同构成的下层接地金属板，其中的低温共烧陶瓷作为基板，接地金属印刷在低温共烧陶瓷基板上；在L形接地金属线的另一端通过两层之间的通孔与下层接地金属板相连接。

所述的下层接地金属板上印刷的接地金属覆盖螺旋形微带辐射单元以下直至馈线输入端的面积。

本发明的由低温共烧陶瓷天线构成的甚高频射频识别标签天线，采用LTCC技术实现了一种改进结构的UHF RFID标签天线，在保证UHF RFID标签性能的情况下，大大减小了天线面积(比现有PCB印刷倒F天线减小70％)，提高了天线增益(约为3.1)，降低了损耗，且可通过调整馈入金属线和接地金属线的尺寸轻易实现与负载阻抗相匹配。采用LTCC基天线还可实现RFID标签的全集成化。

附图说明

图1是现有技术的PCB印刷倒F天线结构示意图；

图2是本发明的基于低温共烧陶瓷技术的甚高频射频识别标签天线的结构示意图。

其中：

1：L形接地金属线         2：两层之间的通孔

3：曲折线形馈入金属线    4：下层接地金属板

5：馈线输入端            6：螺旋形微带辐射单元

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的由低温共烧陶瓷天线构成的甚高频射频识别标签天线做出详细说明。

本发明的低温共烧陶瓷天线，包括有低温共烧陶瓷和金属线，所述的低温共烧陶瓷构成金属线的基板，金属线印刷在低温共烧陶瓷基板上一起共同构成所需形状的天线。

所述的金属线与构成基板的低温共烧陶瓷可以共同构成任意所需的形状。如共同构成L形结构的天线，或曲折线形结构的天线，或螺旋线形结构的天线等。

如图2所示，本发明的由低温共烧陶瓷天线构成的甚高频射频识别标签天线，包括有：L形接地金属线1；与L形接地金属线1连接的螺旋形微带辐射单元6；连接在L形接地金属线1与螺旋形微带辐射单元6的连接点处的曲折线形馈入金属线3，所述的曲折线形馈入金属线3的另一端为馈线输入端5；所述的L形接地金属线1、螺旋形微带辐射单元6、曲折线形馈入金属线3均印刷在由低温共烧陶瓷构成的基板上；在L形接地金属线1、螺旋形微带辐射单元6、曲折线形馈入金属线3的基板下层还设置有由低温共烧陶瓷和接地金属共同构成的下层接地金属板4，其中的低温共烧陶瓷作为基板，接地金属印刷在低温共烧陶瓷基板上，所述下层接地金属板4上的接地金属覆盖螺旋形微带辐射单元6以下直至馈线输入端5的面积；在L形接地金属线1的另一端通过两层之间的通孔2与下层接地金属板4相连接。

在本发明的实施例中，是采用LTCC(低温共烧陶瓷)技术制作用于915MHz UHFRFID标签的天线，两层LTCC基板，每层基板的厚度为0.12mm。上层基板印刷的微带金属线线宽均为0.2mm。下层基板印刷接地金属，金属要覆盖辐射单元以下直至馈入端。在LTCC三维集成电路中，可直接利用隔离天线和其它元件之间的金属板作为天线的接地金属板。因此可在不影响天线性能的情况下，尽量减小金属板的尺寸。在本发明的实施例中用于L形接地金属线与接地金属板之间连接的通孔的直径为0.15mm。

本发明所使用的LTCC材料(Ferro A6-M)的介电常数为5.9±0.3，比柔性衬底的介电常数(2～3)大。由于天线长度与介质中的波长成正比，所以增大介电常数可有效地减小天线面积。为了进一步减小天线长度，将天线做成螺旋线结构，馈线变形为曲折线结构，这种变形虽然会使得天线的频带中点发生偏移，但是通过调整L形接地金属线和馈线的长度可轻易地将频带中心调整到所希望的位置。本发明的实施例中采用银作为金属导体，使得制作出来的天线具有较高的品质因数。此外，还可进一步将RFID标签芯片置入LTCC基板中，实现全集成UHF RFID标签。

Claims (2)

1.一种由低温共烧陶瓷天线构成的甚高频射频识别标签天线，其特征在于，包括有：L形接地金属线(1)；与L形接地金属线(1)连接的螺旋形微带辐射单元(6)；连接在L形接地金属线(1)与螺旋形微带辐射单元(6)的连接点处的曲折线形馈入金属线(3)，所述的曲折线形馈入金属线(3)的另一端为馈线输入端(5)；所述的L形接地金属线(1)、螺旋形微带辐射单元(6)、曲折线形馈入金属线(3)均印刷在由低温共烧陶瓷构成的基板上；在L形接地金属线(1)、螺旋形微带辐射单元(6)、曲折线形馈入金属线(3)的基板下层还设置有由低温共烧陶瓷和接地金属共同构成的下层接地金属板(4)，其中的低温共烧陶瓷作为基板，接地金属印刷在低温共烧陶瓷基板上；在L形接地金属线(1)的另一端通过两层之间的通孔(2)与下层接地金属板(4)相连接。

2.根据权利要求1所述的由低温共烧陶瓷天线构成的甚高频射频识别标签天线，其特征在于，所述的下层接地金属板(4)上印刷的接地金属覆盖螺旋形微带辐射单元(6)以下直至馈线输入端(5)的面积。

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