CN102567775B - 一种多介质结构的uhf_rfid标签及天线 - Google Patents

Abstract

一种多介质结构的UHF_RFID抗金属标签，包括天线与IC芯片，所述天线进一步包括介质基片，介质基片的一面设置接地层，其对应面上设置辐射电极层，所述辐射电极层通过微带线或探针与IC芯片连接，所述介质基片包括至少两层介质层，相邻两层的介质层的介电常数不相同，所述介质层的介质为非金属材料。所述介质层包括空气层，所述空气层包括支架，所述空气层通过支架建立与接地层或其它介质层连接。所述介质层还可以为环氧板层、塑料层。本发明采用不同介电常数的介质层做为介质基片，减少了损耗，提高了天线的性能。本发明还可以采用空气层做为其中一介质层，空气是没有介质损耗的，由此更提高了天线的性能。

Description

一种多介质结构的UHF_RFID标签及天线

技术领域

本发明涉及RFID（无线射频识别）标签，尤其涉及一种UHF（超高频，UHF-UltraHighFrequency)RFID标签。

背景技术

射频识别***通常由读写器(Reader)和射频标签(RFIDTag)和操作***等三部分构成。附着在待识别物体上的射频标签内存有约定格式的电子数据，作为待识别物品的标识性信息。读写器可无接触地读出标签中所存的电子数据或者将信息写入标签，从而实现对各类物体的自动识别和管理。读写器与射频标签按照约定的通信协议采用先进的射频技术互相通信，基本通讯过程如下：(1)读写器作用范围内的标签接收读写器发送的载波能量，上电复位；(2)标签接收读写器发送的命令并进行操作；(3)读写器发出选择和盘存命令对标签进行识别，选定单个标签进行通讯，其余标签暂时处于休眠状态；(4)被识别的标签执行读写器发送的访问命令，并通过反向散射调制方式向读写器发送数据信息，进入睡眠状态，此后不再对读写器应答；(5)读写器对余下标签继续搜索，重复(3)(4)分别唤醒单个标签进行读取，直至识别出所有标签。

每一标签上至少包含有天线和IC芯片。IC芯片上存储有电子数据，而天线的性能对整个射频识别***的工作指标有着关键性的作用。现有的一种抗金属的UHF_RFID标签天线是在一个薄介质基片上，在该基片的一面附上金属薄层作为接地层，对面的另一面用光刻腐蚀或印刷的方法制成一定形状的金属贴片，利用微带线或探针对贴片馈电构成的天线，在该基片的金属贴片上方或侧面或底部设置IC芯片，IC芯片通过微带线或探针等与金属贴片以及接地层连接。

现有的小型介质加载天线的基片多使用陶瓷或塑料、环氧板等。陶瓷的性能良好，但是价格都比较昂贵。塑料、环氧板价格比较便宜，但是天线辐射存在比较大的介质损耗，影响天线的性能。而且，即使现有的基片有两层介质组成，但是如果要使用天线的Q值比较好的话，则需要选用介质比较贵，如陶瓷，其成本较高。如果要使用介质的成本比较便宜，如塑料、环氧板，但是它们的损耗角正切值都大于0.01，则其Q值是损耗角正切值的倒数，由此导致使用塑料、环氧板作为介质的天线性能比较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多介质结构的UHF_RFID标签，以解决现有技术中天线的基片存在性能与天线基片材质成本存在正比，不具有性能价格比比较良好的技术问题。

一种多介质结构的UHF_RFID抗金属标签，包括天线与IC芯片，其特征在于，所述天线进一步包括介质基片，介质基片的一面设置接地层，其对应面上设置辐射电极层，所述辐射电极层通过微带线或探针与IC芯片的RF端口连接，所述接地层通过一段金属层或直接与IC芯片的GND端口连接,所述介质基片包括至少两层介质层，相邻两层的介质层的介电常数不相同，所述介质层的介质为非金属材料，所述介质层中至少包括一空气层，每一空气层包括支架，每一空气层通过支架建立与接地层或其它介质层连接，该一或该些空气层的厚度之和不小于所述介质基片的厚度的40%。

所述介质层包括以下材质层的一种或几种组合：环氧板层、塑料层、该些层的组合。

按照组合后的等效介电常数根据以下公式来确定介质体的组成及对应的厚度

所述IC芯片设置在介质基片的上方、侧面、或下方。

所述该些介质层是从上到下、或从下到上依次连接。

所述介质层还包括介电常数小于2的材料组成的层。

一种多介质结构的UHF_RFID抗金属标签的制作工艺，包括以下步骤：

（1）确认组合后的等效介电常数;

（2）以下公式来确定介质基片组成的层数、选用的介质体及对应的厚度，其中包括至少一空气层，该一或该些空气层的厚度之和不小于所述介质基片的厚度的40%;

（3）将制作好的介质基片的一面设置接地层，其对应面上设置辐射电极层，所述辐射电极层通过微带线或探针与IC芯片的RF端口连接，所述接地层通过一段金属层或直接与IC芯片的GND端口连接。

所述介质层包括以下材质层的一种或几种组合：环氧板层、塑料层、该些层的组合。

所述介质层还包括介电常数小于2的材料组成的层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用不同介电常数的介质层做为介质基片，减少了损耗，提高了天线的性能。最重要的是，本发明通过设置空气层，并且该一或该些空气层的厚度之和不小于所述介质基片的厚度的40%，这种设置就可以使得介质基片可以采用价格比较低的介质体来做为介质基片的某一或某几层，后设置损耗角正切值几乎为零的空气层做为介质基片的重要组成层，这样，获得的介质基片整体的损耗角正切值很低，由此天线的Q值性能很好。

附图说明

图1为一种多介质结构的UHF_RFID标签的原理横截面示意图;

图2为第二种多介质结构的UHF_RFID标签的原理横截面示意图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1，其为一种多介质结构的UHF_RFID标签的原理横截面示意图。它包括天线与IC芯片4。天线进一步包括介质基片5，介质基片5的一面设置接地层1，其对应面上设置辐射电极层2，辐射电极层2通过微带线或探针3与IC芯片4连接、(主要是指所述辐射电极层2通过微带线或探针3与IC芯片4的RF端口连接)，所述接地层1通过一段金属层或直接与IC芯片4的GND端口连接,介质基片5包括至少两层介质层，相邻两层的介质层的介电常数不相同，介质层的介质为非金属材料。

在图1中，介质基片是由4层介质层51、52、53、54组成，该4层介质层51、52、53、54可以从上到下、或从下到上依次连接。该介质层可以是环氧板层、塑料层等常规介质做成的介质层，也可以是空气层、也可以是泡沫、硅胶等也能有空气的性质所组成的介质层，这类材料是介电常数比较低，介质损耗也比较低的，该些材料组成的介质层的介质损耗非常低。也就是说，所述介质层还包括介电常数小于2的材料组成的层。

在本实例中，介质层53即可空气层，空气层53包括支架531，通过支架531才能建立与接地层1或其它介质层连接。空气层53传输时没有介质损耗，因此能提高天线的性能。该一或该些空气层的厚度之和不小于所述介质基片的厚度的40%。

我们在设计标签时会先定义标签尺寸，由标签尺寸计算所需使用的介电常数，由这个介电常数来选择使用何种介质材料。

以下就是一个多介质体的介电常数的计算公式。

,

经实验表明，当该些空气层的厚度之和不小于所述介质基片的厚度的40%时，组合后的等效介电常数就会在一个预先设定的范围内，能够满足现有的小型介质加载天线性能的需求。

IC芯片可以设置在介质基片的上方、侧面、或下方。

实施例2

请参阅图2，其为第二种多介质结构的UHF_RFID标签的原理横截面示意图。

介质基片可以由两层，也可以是多层介质层组成。比如，环氧板层连接空气层组成一组，介质基片可以包含多组52、53、54、55、56.

实施例3

本发明提供一种天线，包括介质基片，介质基片的一面设置接地层，其对应面上设置辐射电极层，所述辐射电极层通过微带线或探针与外部IC芯片连接，所述介质基片包括至少两层介质层，相邻两层的介质层的介电常数不相同，所述介质层的介质为非金属材料。

所述介质层包括空气层，所述空气层包括支架，所述空气层通过支架建立与接地层或其它介质层连接。

所述介质基片包括多层介质层。

所述介质层可以为环氧板层、塑料层、空气层交替出现。

一种多介质结构的UHF_RFID抗金属标签的制作工艺，包括以下步骤：

（1）确认组合后的等效介电常数;

（2）以下公式来确定介质基片组成的层数、选用的介质体及对应的厚度，其中包括至少一空气层，该一或该些空气层的厚度之和不小于所述介质基片的厚度的40%;

（3）将制作好的介质基片的一面设置接地层，其对应面上设置辐射电极层，所述辐射电极层通过微带线或探针与IC芯片的RF端口连接，所述接地层通过一段金属层或直接与IC芯片的GND端口连接。

所述介质层包括以下材质层的一种或几种组合：环氧板层、塑料层、该些层的组合。

所述介质层还包括介电常数小于2的材料组成的层。

本发明通过设置空气层，并且该一或该些空气层的厚度之和不小于所述介质基片的厚度的40%，这种设置就可以使得介质基片可以采用价格比较低的介质体来做为介质基片的某一或某几层，后设置损耗角正切值几乎为零的空气层做为介质基片的重要组成层，这样，获得的介质基片整体的损耗角正切值很低，由此天线的Q值性能很好。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种多介质结构的UHF_RFID抗金属标签，包括天线与IC芯片，其特征在于，所述天线进一步包括介质基片，介质基片的一面设置接地层，其对应面上设置辐射电极层，所述辐射电极层通过微带线或探针与IC芯片的RF端口连接，所述接地层通过一段金属层或直接与IC芯片的GND端口连接,所述介质基片包括至少两层介质层，相邻两层的介质层的介电常数不相同，所述介质层的介质为非金属材料，所述介质层中包括至少两个空气层，每一空气层包括支架，每一空气层通过支架建立与接地层或其它介质层连接，该些空气层的厚度之和不小于所述介质基片的厚度的40％。

2.如权利要求1所述的多介质结构的UHF_RFID抗金属标签，其特征在于，所述介质层包括以下材质层的一种或几种组合：环氧板层、塑料层、该些层的组合。

3.如权利要求2所述的多介质结构的UHF_RFID抗金属标签，其特征在于，按照组合后的等效介电常数根据以下公式来确定介质体的组成及对应的厚度

${\mathrm{\ϵ}}_{eff}^{-1}=\underset{i}{\Σ}{\mathrm{\θ}}_i{\left({\mathrm{\ϵ}}_i\right)}^{-1}(i=1,2,3...);$ 其中，Σθ_i＝1

ε_i为各介质体各自的介电常数；θ_i为各层介质所占有的体积百分比；

ε_eff为组合后的等效介电常数。

4.如权利要求1或2所述的多介质结构的UHF_RFID抗金属标签，其特征在于，所述IC芯片设置在介质基片的上方、侧面、或下方。

5.如权利要求1或2所述的多介质结构的UHF_RFID抗金属标签，其特征在于，所述该些介质层是从上到下、或从下到上依次连接。

6.如权利要求1所述的多介质结构的UHF_RFID抗金属标签，其特征在于，所述介质层还包括介电常数小于2的材料组成的层。