CN107634333A - 一款超高频射频识别抗金属圆极化标签天线 - Google Patents

Abstract

本文发明了一款超高频射频识别抗金属圆极化标签天线，该天线主要由介质基板上表面天线部分、介质基板、金属化过孔、金属地四个部分构成。天线部分由方形环结构和两条中心对称馈线构成，标签芯片通过两条中心对称馈线与方形环结构连接，金属化过孔连通方形环结构和金属地。两条馈线是由阶梯形折线、45°折线和直线构成。本发明特点在于该超高频射频识别抗金属圆极化标签天线的‑10dB带宽为533MHz(533‑1066MHz)，可满足各国对RFID应用的频段要求，其次，在中国频段840‑845MHz时，天线轴比在3dB之下，满足圆极化要求，且在840‑960MHz，天线增益范围为‑0.2～1.8dBi，克服了抗金属圆极化标签天线在金属环境中增益低的缺点，同时此发明体积小，结构简单，易于加工，可适用于多种应用场景，如车辆识别等。

Description

一款超高频射频识别抗金属圆极化标签天线

技术领域

本发明专利涉及一种标签天线，尤其是一种超高频射频识别(UHF RFID)抗金属圆极化标签天线，属于RFID标签天线技术领域。

背景技术

射频识别技术中，标签天线的设计是关键技术之一。因为标签具有数据传输速率高、识别速度快以及读写距离较远的特点，所以标签在国内各个行业都有应用发展。但同时标签天线的设计也存在很大的挑战和困难，例如：应用环境给标签带来的影响，不同标签IC电路的阻抗匹配，尽可能宽的工作带宽等。因此，克服这些挑战和困难，加强超高频射频识别标签天线的研究对我国具有重要意义。

因为超高频射频识别技术具有较远的读取距离，所以超高频射频识别技术获得了现代供应链管理以及交通管理的极大关注。在很多应用中，超高频射频识别标签需要贴附于金属物体表面，如车辆出入管理。但是，当一般的类偶极子天线的普通无源超高频射频识别标签应用于金属表面时，标签的读取距离会大大缩短，甚至不能读取，且辐射功率、输入阻抗、增益等也会受到很大的影响，导致天线的整体性能下降。所以，为了解决超高频射频识别标签应用于金属表面的问题，有必要设计抗金属的超高频射频识别标签天线。

在超高频射频识别的特殊应用运用环境中，如金属柜、传送带、货柜箱等，通常的超高频射频识别阅读器天线都是圆极化(Circular polarized,CP)，以提高读取率。而基于偶极子和微带型的超高频射频识别标签天线一般都是线性极化(Linear polarized,LP)。因此，阅读器天线和标签天线之间存在极化不匹配,这将会导致仅有一半的传输功率会被线性极化的标签所接收。因此,设计圆极化的超高频射频识别天线能将阅读距离和读取率大大提高，具有重要意义。

发明内容

本发明针对超高频射频识别抗金属和圆极化的问题，提供一种能在金属表面读取、宽频带、圆极化、且能实现远距离识别的超高频射频识别抗金属圆极化标签天线。本发明为一款超高频射频识别抗金属圆极化标签天线。该天线主要介质基板上表面天线部分、介质基板、金属化过孔、金属地四个部分构成。天线部分由方形环结构贴片和两条中心对称馈线组成。标签芯片通过两条中心对称馈线与方形环结构连接，金属化过孔连通方形环结构和金属地，减小金属对天线辐射影响，实现抗金属功能。两条中心对称馈线是由阶梯形折线、45°折线和直线构成，调节阶梯形折线、45°折线和直线三者之间的比例可调节天线电抗部分，使标签天线与标签芯片达到共轭匹配，标签芯片通过两条中心对称馈线对方形环结构对称馈电，以产生等幅正交方向的电流，形成圆极化。

该标签天线的-10dB带宽为533MHz(533-1066MHz)，3dB轴比带宽为10MHz(840-850MHz)MHz，可覆盖中国的UHF RFID(840-845MHz)频段，满足圆极化要求。在840-960MHz，天线增益范围为-0.2～1.8dBi。

本发明的优点在于：

1)本发明通过金属化过孔连接方形环结构和金属地，减小金属对天线辐射影响，实现抗金属功能。

2)本发明用方形环结构和中心对称馈电结构产生等幅正交方向的电流，使标签天线形成圆极化。

3)本发明在840-960MHz范围内，天线增益范围为-0.2～1.8dBi，在金属环境下同时具有圆极化和较高增益的特点。

4)本发明具有体积小、结构简单、易于加工的优点，而且此发明适用于多种应用场景，如电子车牌等。

附图说明

图1是超高频射频识别抗金属圆极化标签天线俯视图；

图2是超高频射频识别抗金属圆极化标签天线侧视图；

图3是超高频射频识别抗金属圆极化标签天线的反射系数曲线图；

图4是超高频射频识别抗金属圆极化标签天线轴比曲线图；

图5是超高频射频识别抗金属圆极化标签天线xoz和yoz面的方向图；

图6是超高频射频识别抗金属圆极化标签天线的增益随频率变化曲线图；

图中，1方形环结构，2、3馈线，4、5金属化过孔，6标签芯片，7介质基板，8金属地。

具体实施方式

本方案为覆盖中国频段的超高频射频识别天线，应用于识读距离大于10m的抗金属圆极化标签天线，下面针对本发明超高频射频识别抗金属圆极化标签天线并结合附图进行详细说明。

本发明是一款超高频射频识别抗金属圆极化标签天线，该天线包括介质基板上表面天线部分、介质基板、金属化过孔、金属地四个部分。

介质基板上表面天线部分由方形环结构1和馈线2、3组成。馈线2、3以中心对称的方式从方形环的上边缘和下边缘引出。馈线2、3通过对方形环结构1中心对称馈电，产生等幅正交的电流，形成圆极化。馈线2、3由阶梯形折线、45°折线和直线三部分构成，并且与标签芯片6连接，调节阶梯形折线、45°折线和直线三者之间的长度比例可调节天线电抗部分，从而使标签天线与标签芯片6达到共轭匹配。

金属化过孔4，5位于介质基板左上方和右下方，并穿过介质基板7连通方形环结构1与金属地8，减小金属对天线辐射影响，实现抗金属功能。

本发明是一款应用于超高频射频识别的抗金属圆极化标签天线，介质基板采用聚四氟乙烯材料，相对介电常数为2.65，损耗角正切为0.001，介质板厚为3mm。方形环结构1，馈线2、3，标签芯片6，都位于介质基板7的上表面，而金属地8位于介质基板7的下表面。方形环结构1通过金属化过孔4、5与金属地8连通。方形环结构1的外环总长度为206mm，内环总长度为118.4mm。馈线2、3的阶梯型折线长度为4.2mm，45°折线长度为6.1mm，直线长度为8.7mm，线宽为1.6mm。

本发明是一款应用于超高频射频识别的抗金属圆极化标签天线，通过HFSS仿真，其反射系数结果如图3所示，结果表明，该天线工作在842.5MHz，在533-1066MHz，该超高频射频识别抗金属圆极化标签天线的反射系数小于-10dB。图4为该超高频射频识别抗金属圆极化标签天线轴比仿真示意图，在840-845MHz中国频段，天线轴比低于3dB，具有圆极化特性。天线在842.5MHz的xoz和yoz面的方向图如图5所示，其辐射具有全向性，运用到实际中可以使得标签良好的被读写器天线识别。天线增益随频率的变化曲线如图6所示，在840-960MHz，天线增益范围为-0.2～1.8dBi。

上述方案虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围进行限制，所以在本发明的技术方案基础上所做的非创造性的修改或变形，都在本发明专利保护范围内。

Claims (4)

1.一款超高频射频识别抗金属圆极化标签天线，该天线主要由介质基板上表面的天线部分、介质基板、金属化过孔、金属地四个部分构成，天线部分由方形环结构和两条中心对称的馈线组成，标签芯片通过两条中心对称馈线与方形环结构连接，金属化过孔穿过介质基板连通方形环结构与金属地。

2.根据权利要求1所述的超高频射频识别抗金属圆极化标签天线，其特征在于：天线部分包括方形环结构和两条中心对称的馈线结构，以产生等幅且正交方向的电流，形成圆极化。

3.根据权利要求1所述的超高频射频识别抗金属圆极化标签天线，其特征在于：天线馈线部分由阶梯形折线、45°折线和直线构成，调节阶梯形折线、45°折线和直线三者之间的比例可调节天线电抗部分，从而使标签天线与标签芯片达到共轭匹配。

4.根据权利要求1所述的超高频射频识别抗金属圆极化标签天线，其特征在于：方形环结构通过金属化过孔与金属地相连，减小金属对天线的辐射影响，实现抗金属功能。