CN103227361A

CN103227361A - 一种小型、可调形状的双环形超高频rfid标签天线

Info

Publication number: CN103227361A
Application number: CN2013101064824A
Authority: CN
Inventors: 李莉; 王霖川
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2013-07-31

Abstract

本发明公开了一种可调形状的双环形超高频RFID标签天线，属于射频识别技术领域。所述标签天线在基板一面加工两个导体环作为天线结构，其中，内环是一个与芯片相连的闭合导体环，外环是一个具有倒Z形缺口的导体环，环的形状可以是圆形、矩形等其它形状，而性能变化不大。所述标签天线可应用于UHF或微波等频段，以中心频率为915MHz，芯片采用Monza4为例，采用本发明所述结构的标签天线尺寸仅为32*32*0.8mm³（0.1*0.1*0.002λ³），具有很高的效率和全向性以及广泛的适用性，只需简单调节就可应用于其它芯片和工作频率。本发明提供了一种解决标签天线进一步小型化问题的方法，特别适合在需要标签天线小型化、全向性和对标签形状有特殊要求的领域进行应用。

Description

一种小型、可调形状的双环形超高频RFID标签天线

技术领域

本发明涉及一种射频识别电子标签，尤其是小型化、全向性、可调形状的电子标签。

背景技术

射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）技术是一种通过无线射频方式进行非接触式双向数据通信，从而对目标加以识别的技术。射频识别***通常由阅读器和电子标签组成。电子标签由标签芯片和标签天线组成，通过电磁波与读写器进行数据交换，具有智能读写和加密通信等功能。标签天线是RFID***中至关重要的组成部分，RFID***通过标签天线发射、接收电磁波，从而实现阅读器对电子标签的识别。

射频识别***主要工作在低频、高频、超高频和微波频段。其中，工作在超高频（UHF）频段的射频识别***由于具有体积小、读取距离远、数据传输速率高等优点而受到广泛关注和研究。目前，超高频标签天线多采用单面弯折偶极子结构，通过不同方法优化弯折形状来达到减小体积和提高性能等目标，但是，这种基于弯折偶极子结构的标签天线体积仍然较大，性能也不够好，需要采用其它原理和结构来进一步改进。

发明内容

本发明的目的是将一种源于MNG（Mu-Negative）材料的近场谐振寄生结构——开口环引入超高频标签天线的设计中，设计一种区别于传统弯折偶极子天线的新型标签天线结构，从而实现使标签天线进一步小型化并且具有较高性能的目标。采用本发明所述结构的标签天线体积超小，并且具有很高的效率和全向性以及广泛的适用性，只需简单调节就可应用于其它标签芯片和工作频率，并且可以根据不同应用环境，对标签形状进行调整，例如：圆形、矩形、椭圆形等。本发明提供了一种解决标签天线进一步小型化问题的方法，特别适合在需要标签天线小型化、全向性和对标签形状有特殊要求的领域进行应用。

本发明的技术方案为：

一种小型、可调形状的双环形超高频RFID标签天线，其特征在于，所述标签天线包括：双环形导体结构、基板、RFID标签芯片；

所述RFID标签芯片与所述双环形导体结构中的内环相连。

所述天线采用双环形导体结构，内环和外环可以位于所述基板同一面或者正反面。

所述双环形导体结构的内环与所述RFID标签芯片相连，构成一个闭合环。

所述双环形导体结构的外环包围内环，外环上有一倒Z形或Z形的缺口。

所述双环形导体结构的内环和外环可以为矩形、圆形等环状形式。

所述RFID标签芯片和内环所构成的闭合环在所述基板上的位置可以调整。

本发明的有益效果是：

通过在远小于工作波长的贴片磁偶极子附近引入源于MNG材料的开口环结构，提出了一种小型、可调形状的双环形超高频RFID标签天线结构，使标签天线总体积得到进一步减小，不仅具有较好的性能，而且可以根据不同的需求，调整标签形状。双环形结构的内环和外环间没有直接的电气连接，通过耦合传递电流，通过调整电小贴片磁偶极子即内环和外环结构的各边长度和线宽，以及倒Z形或Z形缺口的各边大小可以实现对标签天线的输入阻抗实部和虚部的调整，以实现与标签芯片的共轭匹配，以Monza4芯片为例，标签天线所需实现的输入阻抗为11+j143Ω。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明工作于915MHz时的优选实施例（矩形环）的三维结构示意图。

图2是本发明工作于915MHz时的优选实施例（矩形环）的双环形结构示意图。

图3是本发明工作于915MHz时的优选实施例（矩形环）的S11参数仿真图。

图4是本发明工作于915MHz时的优选实施例（矩形环）的输入阻抗（理想无耗）仿真图。

图5是本发明工作于915MHz时的优选实施例（矩形环）的输入阻抗（铜）仿真图。

图6是本发明工作于915MHz时的优选实施例（矩形环）的增益（理想无耗）仿真图。

图7是本发明工作于915MHz时的优选实施例（圆形环）的三维结构示意图。

图8是本发明工作于915MHz时的优选实施例（圆形环）的双环形结构示意图。

图9是本发明工作于915MHz时的优选实施例（圆形环）的S11参数仿真图。

图10是本发明工作于915MHz时的优选实施例（圆形环）的输入阻抗（理想无耗）仿真图。

图11是本发明工作于915MHz时的优选实施例（圆形环）的输入阻抗（铜）仿真图。

图12是本发明工作于915MHz时的优选实施例（圆形环）的增益（理想无耗）仿真图。

图13是本发明工作于915MHz时的一种矩形环形式的优选实施例和圆形环形式的优选实施例的外形对比图

图中，1、内环，2、具有倒Z形缺口的外环，3、基板，4、RFID标签芯片。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、2所示，是本发明一种小型、可调形状的双环形超高频RFID标签天线的矩形环形式的优选实施例结构示意图。本实施例包括矩形基板3（ε_r=4.4，μ_r=1）、RFID标签芯片4（本实施例中使用的是Monza4芯片，工作频率为915MHz时的阻抗为11-j143Ω）、内环1、具有倒Z形缺口的外环2，通过调整基板3的介电常数和厚度、内环1、外环2以及缺口的尺寸，可以改变标签天线的输入阻抗和工作频率，以满足所需的参数，本实施例中的标签天线为一个32*32*0.8mm³（0.1*0.1*0.002λ³）的小立方体。

如图3所示，是本发明的一种矩形环形式的优选实施例的S11参数仿真图，图中给出了采用理想导体和铜作为天线材料时的S11参数，由图可见，采用铜作为材料时的S11参数与理想导体相比，谐振频率略有下降，但是整体性能基本一致，-10dB带宽均为5MHz左右，满足中国、日本等国家和地区的标准。

如图4所示，是本发明的一种矩形环形式的优选实施例的输入阻抗（理想无耗）仿真图，由图可见，标签天线在所设计的915MHz频率上的输入阻抗为10.9+143.5Ω，与标签芯片的11-143Ω形成了良好的共轭匹配。

如图5所示，是本发明的一种矩形环形式的优选实施例的输入阻抗（铜）仿真图，由图可见，标签天线在所设计的915MHz频率上的输入阻抗为14.3+145.6Ω，比理想无耗情况的结果略有上升但差别不大。

如图6所示，是本发明的一种矩形环形式的优选实施例的增益（理想无耗）仿真图，XOZ面和XOY面参见图2所示，由图可见，区别于传统的偶极子式标签天线，本发明所述标签天线的辐射具有很好的全向性，增益最大值与最小值仅相差4dB。

如图7、8所示，是本发明的一种小型、可调形状的双环形超高频RFID标签天线的圆形环形式的优选实施例结构示意图。本实施例包括圆形基板3（ε_r=4.4，μ_r=1）、RFID标签芯片4（本实施例中使用的是Monza4芯片，工作频率为915MHz时的阻抗为11-j143Ω）、内环1、具有倒Z形缺口的外环2，通过调整基板3的介电常数和厚度、内环1、外环2以及缺口的尺寸，可以改变标签天线的输入阻抗和工作频率，以满足所需的参数，本实施例中的标签天线为一个直径36mm（0.1λ）、厚度0.8mm（0.002λ）的小圆柱体。

如图9所示，是本发明的一种圆形环形式的优选实施例的S11参数仿真图，图中给出了采用理想导体和铜作为天线材料时的S11参数，由图可见，采用铜作为材料时的S11参数与理想导体相比，谐振频率略有下降，但是整体性能基本一致，-10dB带宽均为5MHz左右，满足中国、日本等国家和地区的标准。

如图10所示，是本发明的一种圆形环形式的优选实施例的输入阻抗（理想无耗）仿真图，由图可见，标签天线在所设计的915MHz频率上的输入阻抗为10.3+144.2Ω，与标签芯片的11-143Ω形成了良好的共轭匹配。

如图11所示，是本发明的一种圆形环形式的优选实施例的输入阻抗（铜）仿真图，由图可见，标签天线在所设计的915MHz频率上的输入阻抗为14.8+150.4Ω，比理想无耗情况的结果略有上升但差别不大。

如图12所示，是本发明的一种圆形环形式的优选实施例的增益（理想无耗）仿真图，XOZ面和XOY面参见图8所示，由图可见，区别于传统的偶极子式标签天线，本发明所述标签天线的辐射具有很好的全向性，增益最大值与最小值仅相差4.9dB，整体辐射特性与矩形环形式的优选实施例基本相同。

如图13所示，是本发明的一种矩形环形式的优选实施例和圆形环形式的优选实施例的外形对比图，如图可见，圆形环形式的优选实施例与矩形环形式的优选实施例尺寸相差不大，性能基本一致，说明本发明所述的标签天线的外形可以在性能变化不大的情况下，根据不同的应用环境进行方便的调整，如矩形、圆形、椭圆形等。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明内容所做的等效变换，或将本发明直接/间接运用在具体设备或者其它相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种小型、可调形状的双环形超高频RFID标签天线，其特征在于，所述标签天线包括：双环形导体结构、基板、RFID标签芯片；

所述RFID标签芯片与所述双环形导体结构中的内环相连。

2.根据权利要求1所述的标签天线，其特征在于，所述天线采用双环形导体结构，内环和外环可以位于所述基板同一面或者不同面。

3.根据权利要求1或2所述的标签天线，其特征在于，所述双环形导体结构的内环与所述RFID标签芯片相连，构成一个闭合环。

4.根据权利要求1或2所述的标签天线，其特征在于，所述双环形导体结构的外环包围内环，外环上有一倒Z形或Z形的缺口。

5.根据权利要求1或2所述的标签天线，其特征在于，所述双环形导体结构的内环和外环可以为矩形、圆形等环状形式。

6.根据权利要求1所述的标签天线，其特征在于，所述RFID标签芯片和内环所构成的闭合环在所述基板上的位置可以调整。