CN102880899A

CN102880899A - 电子标签

Info

Publication number: CN102880899A
Application number: CN2011101968800A
Authority: CN
Inventors: 刘若鹏; 赵治亚; 尹武
Original assignee: Kuang Chi Institute of Advanced Technology; Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Current assignee: Kuang Chi Intelligent Photonic Technology Ltd
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2013-01-16

Abstract

一种电子标签包括一电磁复合材料天线，所述电磁复合材料天线包括一电磁响应单元、用于围绕所述电磁响应单元设置的一金属开口环及与金属开口环的一端相连的馈点，所述电磁响应单元包括一电场耦合结构；一RFID模块，基于所述电磁复合材料天线在第一频段进行电磁波通讯；及一IC卡模块，基于所述电磁复合材料天线在第二频段进行电磁波通讯。采用电磁复合材料方式设计等效于增加了天线物理长度(实际长度尺寸不增加)，而且此种设计使天线覆盖的频段宽度和谐振频点个数都增加，因此通过设计一个电磁复合材料天线可以代替多个天线，电子标签可以使用一个天线就能实现多个频段通讯，使现有双射频电子标签的体积小型化和降低设计的成本。

Description

电子标签

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种基于射频识别(Radio Frequency Identification)技术的多频段射频读写电子标签。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，即RFID)技术，又称电子标签、无线射频识别无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。随着电子射频电路集成化发展及相应应用市场的需求，现有市场上的电子标签整合了IC卡的功能，从而实现电子标签多频段多功能化。因为射频识别技术的通讯频段为采用433MHZ或900MHZ(可选)，该频段为公共频段，无需申请和收费，方便应用；而IC卡得工作频段为13.56MHZ。为了满足电子标签实现上述双频段通讯的要求，致使电子标签设置两个射频天线单元，从而增加了电子标签的体积和设计难度，不能满足电子标签小型化和低成本的要求。

发明内容

基于此，本发明提供一种低成本且小型化的多频段射频读写电子标签。

一种电子标签包括：一电磁复合材料天线，所述电磁复合材料天线包括一电磁响应单元、用于围绕所述电磁响应单元设置的一金属开口环及与金属开口环的一端相连的馈点，所述电磁响应单元包括一电场耦合结构；一RFID模块，基于所述电磁复合材料天线在第一频段进行电磁波通讯；及一IC卡模块，基于所述电磁复合材料天线在第二频段进行电磁波通讯。

进一步地，所述第一频段为900MHZ或433MHZ；第二频段为13.56MH。

进一步地，所述电磁响应单元还包括四个金属结构，所述四个金属结构分别设置于所述电场耦合结构中且与电场耦合结构相连成一体。

进一步地，所述电磁响应单元还包括四个金属结构，所述四个金属结构分别设置于所述电场耦合结构中且与电场耦合结构耦合。

进一步地，所述金属结构为一对互补式的开口谐振环金属结构中的任意一种。

进一步地，所述金属结构为一对互补式的互补式的螺旋线金属结构中的任意一种。

进一步地，所述金属结构为一对互补式的弯折线金属结构中的任意一种。

进一步地，所述金属结构为一对互补式的开口螺旋环金属结构中的任意一种。

进一步地，所述开口谐振环金属结构通过几何形状衍生方式产生开口曲线金属结构、开口三角形金属结构及开口多边形金属结构中的任意一种。

进一步地，基于所述开口谐振环金属结构形成的互补式衍生结构。

相对于现有技术，采用电磁复合材料方式设计等效于增加了天线物理长度(实际长度尺寸不增加)，而且此种设计使天线覆盖的频段宽度和谐振频点个数都增加，因此通过设计一个电磁复合材料天线可以代替多个天线，电子标签可以使用一个天线就能实现多个频段通讯，使现有双射频电子标签的体积小型化和降低设计的成本。

附图说明

图1是本发明电子标签的模块图；

图2为图1电磁复合材料天线的结构图；

图3是本发明电磁复合材料天线另一实施例的结构图；

图4a为图2所示金属结构中的一种开口谐振环金属结构的平面图；

图4b为图4a所示开口谐振环金属结构的一种互补式金属结构的平面图；

图5a为图2所示金属结构中的一种螺旋线金属结构的平面图；

图5b为图5a所示螺旋线金属结构的一种互补式金属结构的平面图；

图6a为图2所示金属结构的一种弯折线金属结构的平面图；

图6b为图6a所示弯折线金属结构的一种互补式金属结构的平面图；

图7a为图2所示金属结构中的一种开口螺旋环金属结构的平面图；

图7b为图7a所示开口螺旋环金属结构的一种互补式金属结构的平面图；

图8a为图2所示金属结构中的一种双开口螺旋环金属结构的平面图；

图8b为图8a所示双开口螺旋环金属结构的一种互补式金属结构的平面图；

图9是本发明电磁复合材料天线第三实施例的结构图；

图10是本发明电磁复合材料天线第四实施例的结构图。

具体实施方式

请参考图1，为本发明电子标签的模块图，所述电子标签5包括一电磁复合材料天线51、RFID模块52及IC卡模块53。所述RFID模块52基于电磁复合材料天线51在第一频段进行电磁波通讯；IC卡模块53基于电磁复合材料天线51在第二频段进行电磁波通讯。

所述电磁复合材料天线51是由具有一定图案形状的人造金属导电片镂刻形成。不同图案形状的人造金属导电片使其具有不同的介电常数和不同的磁导率从而具有不同的电磁响应。其中，当该人造金属导电片处于谐振频段时，该人造金属导电片将表现出高度的色散特性，所谓高度的色散特性是指该人造金属导电片的阻抗、容感性、等效的介电常数和磁导率随着频率会发生剧烈的变化。通过上述原理从而可以设计一个电磁复合材料天线同时具有433MHZ和13.56MH两个频段谐振频点，或者900MHZ和13.56MH两个频段谐振频点的双频谐振天线。

在本实施方式中，所述第一频段为900MHZ或433MHZ；所述第二频段为13.56MH。所述电磁复合材料天线的工作频段为用433MHZ和13.56MH两个频段，或者为900MHZ和13.56MH两个频段。从而通过所述电磁复合材料天线51 同时响应433MHZ和13.56MH，或者900MHZ和13.56MH频段的电磁信号以与读卡器进行数据通讯。RFID模块52基于电磁复合材料天线51响应该900MHZ或433MHZ电磁信号将数据信息进行调制并通过电磁复合材料天线51以900MHZ或433MHZ电磁信号向外发射电磁波信号。IC卡模块53基于电磁复合材料天线51响应该13.56MH电磁信号将数据信息进行调制并通过电磁复合材料天线51以13.56MH电磁信号向外发射电磁波信号。

请参考图2，电磁复合材料天线51包括一电磁响应单元120、用于包裹所述电磁响应单元120的一金属开口环121及与金属开口环121的一端延长末端相连的馈点123。所述馈点123用于接收RFID模块52及IC卡模块53的发送的电信号。所述电磁响应单元120包括一个电场耦合结构(electric-field-coupled，缩写ELC)。此种设计等效于增加了天线物理长度(实际长度尺寸不增加)，这样就可以在极小的空间内设计出工作在极低工作频率下的射频天线。解决传统天线在低频工作时天线受控空间面积的物理局限。

请一并参阅图2和图3，电磁复合材料天线的结构图和本发明天线第二实施例的结构图。为了实现阻抗匹配和更好提高电磁复合材料天线51的性能，还可以将其进一步设计，即所述电磁复合材料天线51还包括至少一个金属结构122，即在所述电磁响应单元123的电场耦合结构(electric-field-coupled，缩写ELC)中嵌套至少一个金属结构122。在本实施方式中，在电场耦合结构(ELC)中嵌套分别四个相同的金属结构122且与电场耦合结构相连成一体(如图3所示)。在本其他方式中，所述四个相同的金属结构122可以直接与电场耦合结构采用电场耦合或电感耦合方式连接。

上述四个金属结构122中的至少两个金属结构的形状不相同，即所述四个金属结构122可以完全不相同和部分不相同。

各种无线通讯装置都可以采用本发明中的电磁复合材料天线51，但是为了电磁复合材料天线51与各种无线通讯装置之间的阻抗匹配或者实现多模工作模式，所述金属结构122可以采用各种对电磁波响应的金属结构及其衍生结构。如所述金属结构122可选用互补式的开口谐振环金属结构(如图4a、4b所示)，即如图4a、4b所示两种金属结构的形状形成互补。

所述图4a和4b所示金属结构122相互形成一对互补式的开口谐振环金属结构。由于如图4a所示的金属结构122未设置有连接末端，因此图4a所示的金属结构122可以采用耦合方式设置于电磁复合材料天线51中，从而形成本发明的所述天线10(如图9所示)。同理，图4b所示也未设置由连接末端，也可采用耦合方式设置于电磁复合材料天线51中。

所述金属结构122还可选用如图5a和5b所示的一对互补式螺旋线金属结构、如图6a和6b所示的一对互补式弯折线金属结构、如图7a和7b所示的一对互补式的开口螺旋环金属结构及如图8a和8b所示的一对互补式的双开口螺旋环金属结构。若所述金属结构122设置有连接末端，则所述金属结构122可以与电磁复合材料天线51直接相连，如图6b金属结构122。请一并参阅图10，将如图6b金属结构122电连接于电磁复合材料天线51的电场耦合结构上，从而获得本发明衍生的天线10。在上述各种金属结构122形成各种的弯折处都是呈直角形状的。在其他实施方式中，金属结构122形成各种的弯折处为圆角，如电磁响应单元120的弯折处的圆角形状。

所述金属结构122可以由一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的金属结构。衍生分为两种，一种是几何形状衍生，另一种是扩展衍生。此处的几何形状衍生是指功能类似、形状不同的结构衍生，例如由方框类结构衍生开口曲线金属结构、开口三角形金属结构、开口多边形金属结构及其它不同的多边形类结构，以图4a所示的开口谐振金属子环结构为例，由上述几何形状衍生方式从而得出相对应的互补式衍生结构，如基于所述开口谐振环金属结构形成的互补式衍生结构。

此处的扩展衍生即在图4至图8的金属结构的基础上相互复合叠加形成符合金属结构；此处的复合是指，如图4至图8所示的至少两个金属结构复合叠加形成一个复合金属结构122。

在本发明中，电磁复合材料天线51直接嵌入在电子标签基板内且为铜或银材料制成。优选为铜，价格低廉，导电性能好。为了实现更好阻抗匹配，电磁复合材料天线51也为铜和银组合，例如，电磁响应单元120和金属结构122采用银材料制成，而金属开口环121与馈点123采用铜材料制成，如此可以得出多种铜和银组合制成的电磁复合材料天线51。

本发明中，关于上述电磁复合材料天线51的加工制造，只要满足本发明的设计原理，可以采用各种制造方式。最普通的方法是使用各类印刷电路板(PCB)的制造方法，当然，金属化的通孔，双面覆铜的PCB制造也能满足本发明的加工要求。除此加工方式，还可以根据实际的需要引入其它加工手段，如本发明中的电子标签5中所使用的导电银浆油墨加工方式、各类可形变器件的柔性PCB加工、铁片天线的加工方式以及铁片与PCB组合的加工方式。其中，铁片与PCB组合加工方式是指利用PCB的精确加工来完成天线微槽结构的加工，用铁片来完成其它辅助部分。另外，还可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法来加工。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种电子标签，其特征在于，所述电子标签包括：

一电磁复合材料天线，所述电磁复合材料天线包括一电磁响应单元、用于围绕所述电磁响应单元设置的一金属开口环及与金属开口环的一端相连的馈点，所述电磁响应单元包括一电场耦合结构；

一RFID模块，基于所述电磁复合材料天线在第一频段进行电磁波通讯；及

一IC卡模块，基于所述电磁复合材料天线在第二频段进行电磁波通讯。

2.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述第一频段为900MHZ或433MHZ；第二频段为13.56MH。

3.根据权利要求2所述的电子标签，其特征在于，所述电磁响应单元还包括四个金属结构，所述四个金属结构分别设置于所述电场耦合结构中且与电场耦合结构相连成一体。

4.根据权利要求2所述的电子标签，其特征在于，所述电磁响应单元还包括四个金属结构，所述四个金属结构分别设置于所述电场耦合结构中且与电场耦合结构耦合。

5.根据权利要求3或4所述的电子标签，其特征在于，所述金属结构为一对互补式的开口谐振环金属结构中的任意一种。

6.根据权利要求3或4所述的电子标签，其特征在于，所述金属结构为一对互补式的互补式的螺旋线金属结构中的任意一种。

7.根据权利要求3或4所述的电子标签，其特征在于，所述金属结构为一对互补式的弯折线金属结构中的任意一种。

8.根据权利要求3或4所述的电子标签，其特征在于，所述金属结构为一对互补式的开口螺旋环金属结构中的任意一种。

9.根据权利要求5所述的电子标签，其特征在于，所述开口谐振环金属结构通过几何形状衍生方式产生开口曲线金属结构、开口三角形金属结构及开口多边形金属结构中的任意一种。

10.根据权利要求9所述的电子标签，其特征在于，基于所述开口谐振环金属结构形成的互补式衍生结构。