CN101997158A - 基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线，其特征在于，包括基片、金属面、第一缝隙、第二缝隙、射频识别芯片；其中，金属面位于基片上表面，第一缝隙、第二缝隙位于金属面上，第一缝隙为直线及其变形，第二缝隙为U形，第二缝隙的两端与第一缝隙相交并形成一个缝隙环路，射频识别芯片位于第一缝隙中间部位，连接金属面在第一缝隙中间部位的上下两侧。本发明制作的超高频射频识别标签可以应用于金属平面之上或金属平面的缝隙之中。

Description

基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种可方便应用于金属平面之上或金属平面缝隙之中的基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线。

背景技术

超高频射频识别(Ultra high frequency radio frequency identification，简称UHF RFID)是一种利用射频读取标签的自动识别技术。一般由阅读器(Reader)和标签(Tag)组成，阅读器通过射频远距离读取标签上的信息。与传统条形码相比，其具有读取距离远、读取速度快、非可视识别、支持快速读写等优点。超高频射频识别标签一般指的是无源标签，即标签内部不携带电池等供电器件。超高频射频识别标签通过天线接收射频获取能量以激活标签芯片，并将芯片的信息通过反向散射调制发射给阅读器。由于超高频射频识别无源标签不需要电池且具有较远的读取距离，在物流供应链、生产自动化、交通管理与安防等众多领域具有广阔的应用空间。

在相当一部分超高频射频识别应用中，需要将标签粘贴于金属平板或金属平面之上，譬如：汽车防爆膜、汽车牌照、香烟锡箔等。由于普通标签无法应用于金属表面，需要采用特殊设计的标签，称为抗金属标签或金属标签。一般的抗金属标签采用微带贴片天线或平面倒F天线作为标签天线，可以将金属表面作为天线的地平面。但是，普通抗金属标签天线都需要贴在金属表面，天线的部分体积突出于金属表面，体积特征比较明显。如果将金属平板或金属平面挖出一个孔或缝隙来粘贴普通薄膜标签，在孔或缝隙不是很大的情况下，标签的性能仍然受金属环境影响很大，性能衰减严重。采用基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线，则可以将标签做在金属平板上或将标签嵌在金属平板的缝隙之中。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线，包括基片、金属面、第一缝隙、第二缝隙、射频识别芯片；金属面位于基片上表面，第一缝隙、第二缝隙位于金属面上，第一缝隙为直线及其变形，第二缝隙为U形，第二缝隙的两端与第一缝隙相交并形成一个缝隙环路，射频识别芯片位于第一缝隙中间部位，连接金属面在第一缝隙中间部位的上下两侧。

进一步地，所述基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线，其特征在于，所述的金属面、第一缝隙、第二缝隙、射频识别芯片同处于基板的上表面，第一缝隙与第二缝隙由金属面蚀刻而成。所述的第一隙缝的两端可以为直线、弯折线或折叠线。所述的第二隙缝为U形缝隙，包括一个中间的肩和连接在两端的臂，第二隙缝的肩与第一缝隙的平行，第二隙缝的臂与第一缝隙的垂直，臂与肩成直角，第二隙缝与第一缝隙的部分形成一个闭环。所述的第一缝隙与第二缝隙左右对称，且中轴线重合。所述的射频识别芯片位于第一缝隙的正中间，射频识别芯片的一端连接金属面在第一缝隙中间部位的一侧，射频识别芯片的另一端连接金属面在第一缝隙中间部位的另一侧。

本发明的有益效果是：本发明的超高频射频识别标签可以应用于金属平面之上或金属平面的缝隙之中。

附图说明

图1是基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线结构示意图；

图2是基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线俯视图；

图3是基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线侧视图；

图4是基于缝隙天线的超高频射频识别标签金属平面缝隙中的应用示意图；

图5是缝隙天线两端为弯折线的超高频射频识别标签天线结构示意图；

图6是缝隙天线两端为折叠线的超高频射频识别标签天线结构示意图；

图中：基片1、金属面2、射频识别芯片3、第一缝隙4、第二缝隙5、金属平面6、金属平面上的缝隙7、基于缝隙天线的超高频射频识别标签8、第一缝隙4为弯折线时中间直线长度41、第一缝隙4为弯折线时弯折线之间宽度42、第一缝隙4为弯折线时弯折线高度43、第一缝隙4为折叠线时中间直线长度44、第一缝隙4为折叠线时折叠线高度45、第一缝隙4为折叠线时折叠线回折长度46。

具体实施方式

超高频射频识别标签为无源标签，一般由标签天线与标签芯片组成。标签天线与标签芯片都为复阻抗。标签从阅读器天线发射的询问信号中获取能量及询问指令。当标签获得足够的能量时，标签芯片被激活。标签芯片被激活后，其根据阅读器的询问指令进行相应动作，并通过反向散射调制来发射数据。对超高频射频识别标签而言，在如何设计标签天线以获得足够的能量激活标签芯片最为重要。对于标签天线，一方面需要天线具有较好的辐射性能，另一方面则需要标签天线与标签芯片阻抗匹配，以让实现最大能量传输。

本发明通过采用缝隙天线实现金属平面嵌入型超高频射频识别标签天线的设计。以下以能够应用于金属平面缝隙内的基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线为实施方案并结合附图对本发明做详细的说明。

实施例1

本实施例为应用于汽车挡风玻璃后表面防爆膜(基于金属涂层或金属夹层)上缝隙内的超高频射频识别标签天线，金属防爆膜相当于金属平面。其中第一缝隙4的两端为直线。

如图1、2、3所示，本发明基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线包括：基片1、金属面2、第一缝隙4、第二缝隙5、射频识别芯片3；其中，金属面2位于基片1上表面，第一缝隙4、第二缝隙5位于金属面2上，第一缝隙4为直线，第二缝隙5为U形，第二缝隙5的两端与第一缝隙4相交并形成一个缝隙环路，射频识别芯片3位于第一缝隙5中间部位，连接金属面2在第一缝隙4中间部位的上下两侧。金属面2、第一缝隙4、第二缝隙5、射频识别芯片3同处于基板1的上表面，第一缝隙4与第二缝隙5由金属面2蚀刻而成。第一隙缝(4)的两端为直线。第二隙缝5为U形缝隙，包括一个中间的肩和连接在两端的臂，第二隙缝5的肩与第一缝隙4的平行，第二隙缝5的臂与第一缝隙4的垂直，臂与肩成直角，第二隙缝5与第一缝隙4的部分形成一个闭环。第一缝隙4与第二缝隙5左右对称，且中轴线重合。射频识别芯片3位于第一缝隙4的正中间，射频识别芯片3的一端连接金属面2在第一缝隙4中间部位的一侧，射频识别芯片3的另一端连接金属面2在第一缝隙4中间部位的另一侧。

对于超高频射频识别标签，其射频识别芯片3一般是复阻抗。为了实现天线与芯片的最大能量传输，则需要天线的输入阻抗与芯片阻抗共轭匹配，这就要求天线输入阻抗的实部和虚部都具有灵活的调节的能力。对于本发明的标签天线，通过调节第一缝隙4的长度可以改变谐振频率，从而改变固定频率处的电阻值，通过调节第二缝隙5的长度可以调节电抗值。因此，通过合理改变天线的第一缝隙4和第二缝隙5的尺寸，则可以较好的实现天线谐振频率的控制及天线与芯片的阻抗共轭匹配。

取汽车挡风玻璃的厚度为5mm，介电常数为5.5，损耗角正切为0，基板1采用PET材料，金属面2为覆铜，射频识别芯片3采用TI(Texas Instruments)公司的RI_UHF_00001_01型号超高频RFID标签芯片。取基片1相对介电常数为3.9，损耗角正切为0.002，厚度为0.05mm，金属面2的长度为200mm，金属面2的宽度为40mm，金属面2上的第一缝隙4的长度为98mm、宽度为1mm，第二缝隙5为U形缝隙，U形隙缝的肩长为24mm，U性缝隙的臂长为6mm，射频识别芯片3的阻抗为10-j60Ω。在该参数下，标签可工作在超高频920MHz～925MHz的频带范围内，阅读器2W(ERP)读取功率下的有效距离约为4米。

在实际应用中，如图4所示，可以将该基于缝隙天线的超高频射频识别标签8嵌入在金属平面6(内嵌金属网格的汽车防爆膜)之中的缝隙7内，标签8的金属面2可以与被嵌入金属平面6相连接。采用符合ISO18000-6C的射频识别阅读器即可以读写该标签的信息。

实施例2

本实施例应用环境与实施例1相似，其中第一缝隙4的两端为弯折线。

第一缝隙4采用弯折线可有效减小天线的长度。如图5所示。第一缝隙4的两端为弯折线。第一缝隙4中间直线41长度为40mm、宽度为1mm，弯折线高度43为4mm，弯折线之间宽度42为10mm，第二缝隙5为U形缝隙，U形隙缝的肩长为20mm，U性缝隙的臂长为6mm，其他参数与实施例1相同。在该参数下，标签可工作在超高频920MHz～925MHz的频带范围内，阅读器2W(ERP)读取功率下的有效距离约为3.4米。

实施例3

本实施例应用环境与实施例1相似，其中第一缝隙4的两端为折叠线。

第一缝隙4采用折叠线也可有效减小天线的长度。如图6所示。第一缝隙4的两端为折叠线。第一缝隙4的中间直线44长度为66mm、宽度为1mm，折叠线高度46为6mm，折叠线回折的长度45为10mm，第二缝隙5为U形缝隙，U形隙缝的肩长为24mm，U性缝隙的臂长为6mm，其他参数与实施例1相同。在该参数下，标签可工作在超高频920MHz～925MHz的频带范围内，阅读器2W(ERP)读取功率下的有效距离约为3.6米。

上述方案只是本发明的三种具体实施方式，在符合本发明的特征下可以有多种不同应用方案，但这些应用方案只要符合本发明的特征，都应属于本发明的权利保护范围。

Claims (6)

1.一种基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线，其特征在于，包括基片(1)、金属面(2)、第一缝隙(4)、第二缝隙(5)、射频识别芯片(3)；其中，金属面(2)位于基片(1)上表面，第一缝隙(4)、第二缝隙(5)位于金属面(2)上，第一缝隙(4)为直线及其变形，第二缝隙(5)为U形，第二缝隙(5)的两端与第一缝隙(4)相交并形成一个缝隙环路，射频识别芯片(3)位于第一缝隙(4)中间部位，连接金属面(2)在第一缝隙(4)中间部位的上下两侧。

2.根据权利要求1所述的一种基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线，其特征在于所述的金属面(2)、第一缝隙(4)、第二缝隙(5)、射频识别芯片(3)同处于基板(1)的上表面，第一缝隙(4)与第二缝隙(5)由金属面(2)蚀刻而成。

3.根据权利要求1所述的一种基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线，其特征在于所述的第一隙缝(4)的两端可以为直线、弯折线或折叠线。

4.根据权利要求1所述的一种基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线，其特征在于所述的第二隙缝(5)为U形缝隙，包括一个中间的肩和连接在两端的臂，第二隙缝(5)的肩与第一缝隙(4)的平行，第二隙缝(5)的臂与第一缝隙(4)的垂直，臂与肩成直角，第二隙缝(5)与第一缝隙(4)的部分形成一个闭环。

5.根据权利要求1所述基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线，其特征在于，所述的第一缝隙(4)与第二缝隙(5)左右对称，且中轴线重合。

6.根据权利要求1所述基于缝隙天线的超高频射频识别标签天线，其特征在于，所述的射频识别芯片(3)位于第一缝隙(4)的正中间，射频识别芯片(3)的一端连接金属面(2)在第一缝隙(4)中间部位的一侧，射频识别芯片(3)的另一端连接金属面(2)在第一缝隙(4)中间部位的另一侧。

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