CN103337706A

CN103337706A - 一种工作于uhf频段的小型化、低剖面、三环形rfid标签天线

Info

Publication number: CN103337706A
Application number: CN2013102245259A
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: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2013-10-02

Abstract

本发明公开了一种工作于UHF频段的小型化、低剖面、三环形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三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，外环是两个开口方向相差90度的开口导体环，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26×26×0.8mm³（0.08×0.08×0.002λ³），具有小型化、低剖面以及较好的全向性等优点，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

一种工作于UHF频段的小型化、低剖面、三环形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、低剖面、全向性的电子标签。

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，在偶极子轴线方向的增益很低，存在识别盲区，影响了天线辐射的全向性，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好全向性的目标。采用本发明所述结构的标签天线体积超小，并且具有较好的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：

一种工作于UHF频段的小型化、低剖面、三环形RFID标签天线，其特征在于，所述标签天线包括：三环形导体结构、基板、RFID标签芯片；

所述RFID标签芯片与所述三环形导体结构中的内环相连。

所述天线采用三环形导体结构，内环和外环可以位于所述基板同一面或者不同面。

所述三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。

所述三环形导体结构的两个外环包围一个内环，两个外环的开口方向相差90度。

所述三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两个开口方向相差90度的源于MNG材料的开口环结构，提出了一种小型化、低剖面、可调形状的三环形超高频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。三环形结构的内环和两个外环间没有直接的电气连接，通过耦合传递电流，通过调整内环和两个外环结构的各边长度和线宽，以及两个外环的开口大小和形状，可以实现对标签天线的输入阻抗实部和虚部的调整，从而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时的优选实施例的结构示意图（单位：mm）。

图中，1、内环，2、较小的外环，3、较大的外环，4、基板，5、RFID标签芯片。

图2是本发明工作于915MHz时的优选实施例的S11参数仿真图。

图3是本发明工作于915MHz时的优选实施例的输入阻抗（理想无耗）仿真图。

图4是本发明工作于915MHz时的优选实施例的增益（理想无耗）仿真图。

图5是本发明工作于915MHz时的优选实施例的输入阻抗随内环偏移位置变化的仿真图。

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。

图1是本发明一种工作于UHF频段的小型化、低剖面、三环形RFID标签天线的优选实施例结构示意图。本实施例包括矩形基板4（ε_r=4.4，μ_r=1）、RFID标签芯片5（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、较小的外环2和较大的外环3。通过调整基板4的介电常数和厚度、内环1、较小的外环2、较大的外环3及其开口的尺寸，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26×26×0.8mm³（0.08×0.08×0.002λ³）的小长方体。

图2是本发明工作于915MHz时的优选实施例的S11参数仿真图，图中给出了采用理想导体作为天线材料时的S11参数。由图可见，天线在915MHz上实现了很好的共轭匹配，-3dB带宽为6MHz左右，可以满足世界上绝大多数国家和地区的RFID工作带宽。通过对天线整体尺寸的调整，可以调整标签天线的中心频率。

图3是本发明工作于915MHz时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+j142.7Ω，与标签芯片的11-j143Ω形成了良好的共轭匹配。

图4是本发明工作于915MHz时的优选实施例的增益仿真图，图中XOZ面和XOY面参见图1所示。由图可见，区别于弯折偶极子形的标签天线，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5.8dB。

图5是本发明工作于915MHz时的优选实施例的输入阻抗随内环偏移位置变化的仿真图（0mm对应的是内环与外环同心时的位置，-2mm为内环向负Z轴偏移的距离）。如图可见，标签天线的输入阻抗实部随着偏移数值的增加而显著增加，但虚部变化相对较小。这一特性使标签天线可以根据实际需求，很方便地进行设计和调整，即先调整内、外环的尺寸和开口大小，将输入阻抗的虚部大致调整到目标值，实部接近目标值，然后调整内环在基板上的位置，使实部达到目标值，即可实现良好的共轭匹配。

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

1.一种工作于UHF频段的小型化、低剖面、三环形RFID标签天线，其特征在于，所述标签天线包括：三环形导体结构、基板、RFID标签芯片；

所述RFID标签芯片与所述三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，所述天线采用三环形导体结构，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，所述三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，所述三环形导体结构的两个外环包围一个内环，两个外环的开口方向相差90度。

5.根据权利要求1或2所述的标签天线，其特征在于，所述三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。