CN111079881A - 微带天线、抗金属电子标签及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种微带天线，包括：辐射片；与辐射片平行的接地板；导电地连接辐射片与接地板的短路片；及位于辐射片和接地板之间的馈电片；其中辐射片开设有狭缝以使得辐射片总体上形成为U形，该U形包括构成U形的两个臂的两个子片以及构成U形底边的连接部；其中在狭缝中设置有馈源，馈源的正极和负极中的一个与述连接部电连接，馈源的正极和负极中的另一个通过馈线与馈电片电连接；其中馈电片的底侧设置为紧贴接地板并通过绝缘膜与接地板间隔开，绝缘膜的厚度远小于与微带天线的谐振频率对应的1/4波长。本发明的微带天线易于实现大批量生产并保持一致的性能，具有良好的抗金属性能，且易于调节，能够以简单方式适配于不同国家和地区的不同频段要求。

Description

微带天线、抗金属电子标签及其制作方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种微带天线、具有抗金属功能的电子标签及电子标签的制作方法。

背景技术

当今越来越多商品都被纳入了物联网***，电子标签的使用越来越广泛。目前价格最低廉的电子标签是工作在UHF(Ultra High Frequency，特高频)频率的超高频电子标签，其中适用于欧洲的UHF RFID频段为ETSI频段(865-868MHz)，适用于美国的UHF RFID频段为FCC频段(902-928MHz)，在中国其主要频率为915MHz。与前两代125KHz和13.56MHz的磁感应耦合数据传输不同，超高频RFID采用的是与主动式RFID类似的电磁波直接传输的方式，其读写距离在被动式标签中式最远。其数据通信速率也比较高，最高可达640kbit/s,一次性最多可读取数百个标签。加上其更为低廉的成本，因此成为了物联网领域的应用热点。

但在金属货品管理领域，普通的超高频电子标签性能会急剧恶化。因为金属物体也会反射电磁波，会干扰标签正常接受和散射电磁波。而且增加金属边界条件后，标签天线的工作频率、输入阻抗、增益这些指标也会严重偏离正常值，导致读写距离下降甚至无法读写。

虽然市场上也推出了一些抗金属功能的电子标签，例如，中国专利CN102955969A公开了一种超薄、柔性、抗金属超高频电子标签，CN203644063U公开了一种柔性UHF频段RFID标签，CN203616775U公开了一种超薄柔性的新型RFID抗金属标签，CN106845604A公开了一种柔性UHF RFID抗金属标签，CN206209826U公开了一种超薄柔性抗金属电子标签，CN106981722A公开了一种柔性抗金属RFID标签。

但这些产品大多采用印制电路板结构，无法弯曲贴合到诸如钢瓶、啤酒桶和化学品一类的球状面金属物体上。少数产品采用了铁氧体吸波材料加普通天线结构，可以像非抗金属标签那样做的很软很薄又兼具抗金属功能。但又有成本高、读写距离近等问题，无法满足UHF频率常需要的群读群写要求。因此，设计合适的天线用于RFID电子标签，并相应地设计电子标签克服上述的技术问题成为本领域的研究关注点。

美国专利US8477079B2公开了一种可用于RFID标签的天线，如图1所示，其设计的天线具有谐振结构650，包括三个平行布置且彼此间隔开的导电片，即导电片610-1、610-2以及浮动元件670，导电片610-1、610-2在它们相邻的一侧通过电连接620相连，浮动元件670与导电片610-1经由介电结构610-1间隔开，负载元件630通过两个连接点640-1和640-2连接在导电片610-2和浮动元件670之间。其中，导电片610-2和浮动元件670之间具有距离660，距离660不小于导电片610-1、610-2间距的一半。

虽然上述美国专利US8477079B2公开的天线可用于RFID标签，但是其性能(例如谐振频率)对于结构尺寸的高度敏感要求在其制造过程中严格控制相关参数(例如距离660、导电片610-1、610-2间距等)，由此限制了其进行大批量生产并保持一致的性能，并要求较高的生产成本。

此外，现有技术中公开的天线结构需要进行复杂的定制才能适配美国、欧洲和中国等不同国家和地区的超高频电子标签频段。

因此，在RFID电子标签领域中尤其需要一种合适的天线结构，其易于实现大批量生产并保持一致的性能，具有良好的抗金属性能，且易于调节，能够以简单的方式适配于不同国家和地区的不同频段要求。

发明内容

鉴于现有技术中的上述问题，本发明提供一种微带天线和电子标签，可以解决现有技术中球状面金属货品电子化管理的数据读写问题。

为实现上述目的，在一方面，本发明提供一种微带天线，包括：辐射片；与辐射片平行的接地板；导电地连接辐射片与接地板的短路片；以及位于辐射片和接地板之间的馈电片；其中，辐射片开设有狭缝以使得辐射片总体上形成为U形，该U形包括构成U形的两个臂的两个子片以及构成U形底边的连接部；其中，在所述狭缝中设置有馈源，所述馈源的正极和负极中的一个与所述连接部电连接，所述馈源的正极和负极中的另一个通过馈线与所述馈电片电连接；其中，馈电片的底侧设置为紧贴接地板并通过绝缘膜与接地板间隔开，所述绝缘膜的厚度远小于与微带天线的谐振频率对应的1/4波长。

在本发明的一种实施方式中，所述绝缘膜的厚度小于等于1/4波长的0.2％，优选地小于等于1/4波长的0.15％，优选地小于等于1/4波长的0.1％。

优选地，所述绝缘膜的厚度小于等于0.1mm。

可选地，所述馈电片位于辐射片的外周在与辐射片垂直的方向上的投影的范围内。

在本发明的一种实施方式中，所述微带天线还包括弹性的介质，所述介质设置于辐射片和接地板之间，其中所述馈电片设置于所述介质下方。

可选地，所述辐射片、短路片、接地板设置为紧贴所述介质，所述馈线围绕介质折叠或贯穿所述介质。

优选地，所述介质为硅橡胶。

优选地，所述辐射片、短路片、接地板、馈源、馈线和馈电片结合至绝缘膜的一侧。

进一步优选地，所述辐射片、短路片、接地板、馈源、馈线和馈电片与绝缘膜形成嵌体结构。

优选地，所述辐射片、短路片和接地板由导电材料整体形成，所述馈线和馈电片由导电材料整体形成。

优选地，所述两个子相对于辐射片的纵向中轴线对称地设置。

可选地，所述接地板和/或辐射片在靠近短路片处开设有一个或多个一字槽。

优选地，所述一字槽的长度不超过辐射片宽度的1/2，所述一字槽距离短路片的距离不超过辐射片的长度的1/2，所述一字槽的宽度不超过0.1mm。

可选地，所述连接部上设有突出部，所述馈源的正极和负极中的一个与所述突出部电连接。

优选地，所述馈源为RFID UHF标签芯片。

在本发明的另一方面，提供一种电子标签，包括：由导电材料制成的总体上呈U形的第一片材，其中U形的底边具有加长的纵向长度；由导电材料制成的总体上呈T形的第二片材，其中T形的顶边具有加长的纵向长度；以及馈源；其中，第一片材、第二片材和馈源结合到绝缘膜的一侧以形成条带组合件，所述条带组合件经折叠成为封闭环形而形成上述微带天线，其中所述辐射片、短路片和接地板由第一片材整体形成，所述馈线和馈电片由第二片材整体形成。

可选地，所述电子标签具有PC塑料外壳或ABS塑料外壳。

一种作电子标签的方法，包括下述步骤：用导电材料制成总体上呈U形的第一片材，其中U形的底边具有加长的纵向长度；用导电材料制成的总体上呈T形的第二片材，其中T形的顶边具有加长的纵向长度；将第一片材、第二片材和馈源结合到绝缘膜的一侧以形成条带组合件；将所述条带组合件折叠成为封闭环形而形成上述微带天线，其中所述辐射片、短路片和接地板由第一片材整体形成，所述馈线和馈电片由第二片材整体形成。

优选地，将第一片材、第二片材和馈源结合到绝缘膜的一侧以形成条带组合件的步骤包括通过蚀刻使所述辐射片、短路片、接地板、馈源、馈线和馈电片与绝缘膜形成嵌体结构。

可选地，所述方法还包括下述步骤：在所述接地板和/或辐射片在靠近短路片处开设一个或多个一字槽；将所述天线安装至PC塑料外壳或ABS塑料外壳中。

本发明的微带天线通过其中的狭缝、辐射片的两个子片以及馈电片形成了辐射电路和馈电电路的分离，使得谐振频率易于调节，并达到以下的设计目的：

1、将辐射电路和馈电电路分开。辐射片的两个子片分别形成两个辐射电路，馈电片形成馈电电路，馈电片接近于接地板，且两者间距越小，耦合效果越好。该结构可以最大效率地利用入射电磁波的功率，从而在缩小微带天线尺寸的同时，提高标签的读取距离。

2、辐射片、狭缝和馈电片形成谐振频率调节方案。通过改变辐射片和狭缝的长度和宽度来调整谐振频率，以及通过调整馈电片的面积来微调谐振频点，以使得微带天线在特定频点达到最大功率的能量辐射。由此本发明提供了一种易于实现与调节的方案，使得标签的谐振频率可以适配于不同市场环境的要求。

3、针对不同的标签包装外壳，在距离其中的微带天线的辐射片和/或接地板的不同位置开设一字槽，可以匹配因不同的外壳材料引入的阻抗。

4、提供了一种通过用接地板、辐射片、馈电片和绝缘膜等形成的条带组合件来包裹柔性材料的介质以制作微带天线的方法，该设计易于在工业生产上实现、成本低廉，并可保持高度的一致性，适合大批量生产。并且，由于介质采用柔性材料，因此标签可以比较容易地根据应用实施场景进行形状的调整。

5、微带天线的谐振频率设计公式为：

本发明通过改变辐射片的尺寸、一字槽的开槽位置和馈电片的大小来综合调整微带天线的电感值L和电容值C，以调整本天线设计的谐振频率。

6、包括两个子片的辐射片的设计，可以产生更大的感抗从而与馈源的阻抗匹配。馈线和馈电片总体上形成“J”状或“L”状的结构，实现了耦合馈电，从而通过阻抗和馈电方式的改进增强在金属货品上使用时的读写能力。

另外，具体地，与中国专利申请CN102955969A相比，本发明可以适配不同的标签外壳，以便应用到各种对强度、腐蚀性、外壳数字编码打印等有特殊要求的应用场景。中国专利申请CN102955969A必须直接贴附金属表面以获得抗金属特性，不可被包装放置到成型的标签外壳内。

和中国实用新型专利CN203644063U相比，本发明采用柔性硅胶作为介质层，无需胶粘剂，柔性好易安装，可以装配到不同形状的标签外壳内，以适应不同的应用场景。CN203644063U介质层采用亚克力，虽可弯曲但弹性和硬度超过柔性硅胶，并且需要使用丙烯酸胶粘剂进行粘合，加工工艺复杂，生产成本高。

和中国实用新型专利CN203616775U相比，本发明结构简单，仅需一层柔性印刷电路板，即可完成抗金属高性能标签的设计。CN203644063U需要3层结构设计，金属导电层接地板和天线分离，安装工艺复杂，对加工精度要求高。本发明安装工艺简单，容易实现生产中的高一致性，从而降低了成本。

和中国专利申请CN106845604A相比，本发明采用柔性硅胶作为介质层，通过折叠铝箔的方式以达到更小的标签体积和更大的信号反射面，并且易于安装到不同形状的标签外壳中。CN106845604A使用泡沫海绵作为柔性介质，标签体积较大，应用的场景有限。本发明由于体积小巧，易于加工以匹配不同形状的金属表面，所以应用场景更加广泛。

和中国实用新型专利CN206209826U相比，本发明结构简单，仅需一层柔性印刷电路板，即可完成抗金属高性能标签的设计。CN206209826U为6层结构层合，加工工艺复杂，且使用PVC塑料作为柔性介质层，在增加厚度的情况下会影响可弯曲度，从而使得应用场景受限。本发明由于体积小巧，易于加工以匹配不同形状的金属表面，所以应用场景更加广泛。

和中国专利申请CN106981722A相比，本发明结构简单，设计小巧，使用硅胶作为柔性介质，易于加工到各种标签外壳内，并易于适应各种弯曲度的表面。CN106981722A尺寸较大，使用PVC和PET作为柔性介质，弯曲度较为有限，难以适应不同形状的标签外壳。本发明由于体积小巧，易于加工以匹配不同形状的金属表面，所以应用场景更加广泛。

和美国专利US8477079B2相比，本发明易于实现大批量生产并保持一致的性能，降低了生产成本，具有良好的抗金属性能，且易于调节，能够以简单的方式适配于不同国家和地区的不同频段要求实现大批量生产并保持一致的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，应理解，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例的示意性示例，而非对本发明保护范围的限制。在附图中：

图1是在一个现有技术中的可用于RFID标签的天线的结构示意图；

图2是本发明的一个较佳的实施例中提供的一种微带天线的结构的纵向截面的示意图；

图3是图2所示的微带天线的立体透视图；

图4是3所示的微带天线的立体图；

图5是示出了图3所示的微带天线的辐射片、馈线、馈源和馈电片的连接关系的示意图；

图6是本发明的第二个较佳的实施例中提供的一种微带天线的结构的纵向截面的示意图；

图7是图6所示的微带天线的立体透视图；

图8是示出两臂不等长的偶极子天线驻波分布的示意图；

图9是图8所示偶极子天线两臂平移和折叠后得到的新天线的驻波分布示意图；

图10是图9所示天线完全折叠并平面化成本发明第二个较佳实施例中提供的微带天线的电流分布示意图；

图11是本发明第二个较佳实施例中提供的微带天线的辐射片上矢量电流分布的模拟结果图；

图12是图11所描述的微带天线的接地板上矢量电流分布的模拟结果图；

图13是图11所描述的微带天线的馈电片设置为直连耦合后接地板上矢量电流分布的模拟结果图；

图14示出了将本发明的一个实施例中提供的电子标签的安装在钢瓶上的示意图；

图15示出了图14所示的电子标签中的微带天线的馈电片和狭缝的宽度。

图16是图14所示的电子标签在球状金属面金属环境下仿真的S11参数示意图。

图17是图14所示的电子标签中的微带天线的辐射泄漏的仿真结果。

图18描绘了图17所示的微带天线的辐射方向。

图19示出根据本发明的一个实施例用于制作本发明的电子标签的第一片材/第二片材和馈源的连接关系的示意图。

图20是示出根据本发明将条带组合件围绕介质折叠而形成本发明的微带天线的中间步骤的立体图。

图21示出通过折叠而形成的微带天线的俯视图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的微带天线、电子标签和电子标签制作方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图2-5所示，在本发明的第一个较佳的实施例中，本发明的微带天线包括接地板20、包括子片211和子片212的辐射片、介质26、馈源22、馈线23、短路片27、馈电片24和绝缘膜。其中，介质26大致为扁平的长方体结构，在本实施例中其由弹性材料形成，例如硅橡胶。在图3中所示的XYZ坐标系中，介质26的长度或纵向为沿X轴方向，宽度或横向为沿Y轴方向，厚度或上下方向为沿Z轴方向。并且如果未作明确说明，在本说明书中对于微带天线的其他结构的长度、宽度和/或厚度皆以类似的方式通过该坐标系描述。

在介质26的上表面具有辐射片，在介质26的下表面具有接地板20，在介质28的一个侧表面具有短路片27，短路片27将辐射片和接地板20连接在一起；辐射片还包括与两个子片211、222的第一端皆相连的连接部，两个子片211、222形状相同，并排设置且彼此由狭缝间隔开。狭缝从辐射片的连接部纵向地(即，沿介质20的长度方向，沿图中所示的X轴方向)延伸直到辐射片的与连接部相对的一侧。

在介质26的上表面，在接近辐射片的连接部处，馈源22设置在狭缝中。其为专用的芯片，例如RFID UHF标签芯片，其正极电连接到辐射片的连接部，负极经由馈线23电连接到馈电片24。应理解，正负极的连接可以互换而不脱离本发明的范围。

在本实施例中，馈线23在介质20的上表面，在两个子片211、222之间，从馈源22延伸出来，并延伸超过狭缝，直到介质26的一个侧表面处，继而弯折向下，在该侧表面延伸，直到介质20的下表面处，在该处，馈线23的端部与设置在介质26的下表面与接地板20之间馈电片24相连；馈电片24大体上平行于接地板20，且通过覆盖于其表面的绝缘膜与接地板20贴合并电绝缘。本实施例中，辐射片、馈线23、馈电片24、接地板20和短路片27皆由金属薄膜(例如铝箔)形成。

另外，可以在靠近短路片27处，例如在到短路片27距离小于辐射片的长度的一半的范围内，在辐射片上形成两个一字槽25，用于改变天线表面电流相位从而达到与馈源22的匹配。它们是一字形的缝，大体上沿介质26的宽度方向(即Y轴方向)，从辐射片的一个侧边处向辐射片的中部延伸。较佳地，一字槽25的缝宽(其在X轴上的跨度)不大于1mm，其长度(其在Y轴上的延伸长度)不大于辐射片的宽度(即，连接部在Y轴上的延伸长度)的一半且不会贯穿到两个子片211、212之间的狭缝。

作为非限制性示例，本实施例中，短路片27、辐射片的连接部以及接地板20具有相同的宽度，较佳地该宽度不大于30mm，即最后形成的微带天线的宽度不大于30mm。应理解，短路片27、辐射片的连接部以及接地板20也可以具有不同的宽度。另外，在一个实施例中，绝缘膜的厚度不大于0.1mm，辐射片、介质26、馈电片24、绝缘膜和接地板20的厚度加起来不超过3.5mm，即最后形成的微带天线的厚度不大于3.5mm。另外，较佳地，接地板20的最大长度不超过57mm。较佳地，馈电片24的宽度大于狭缝的宽度，例如比狭缝宽0.5-2.5mm。优选地，辐射片、馈线23、馈电片24、短路片27和接地板20皆是关于通过狭缝的轴线对称的结构。

较佳地，本实施例中的辐射片、馈线23、馈电片24、短路片27、一字槽25和接地板20可以通过使用铝箔材料一体形成。更加优选地，可以使用嵌体(inlay)材料(其例如为铝箔和绝缘膜的双层复合薄膜，也可以是其他导电材料的薄膜和绝缘膜的双层复合薄膜)，应用蚀刻工艺，一体同时地形成辐射片、馈线23、馈电片24、短路片27、绝缘膜和接地板20，并继而通过将成型后的薄膜恰当地包裹在介质26上方便地形成本实施例的微带天线。

例如，参见图19至图21，可以通过下述步骤制作本发明的微带天线：用导电材料制成总体上呈U形的第一片材281，其中U形的底边具有加长的纵向长度；用导电材料制成的总体上呈T形的第二片材282，其中T形的顶边具有加长的纵向长度；将第一片材281、第二片材282和馈源22结合到绝缘膜29的一侧以形成条带组合件32；将条带组合件32折叠成为封闭环形而形成本发明的微带天线，其中包括子片211、212的辐射片、短路片27和接地板10由第一片材281整体形成，而馈线23和馈电片24由第二片材282整体形成。可选地，条带组合件32可以围绕介质26折叠而以简单的方式形成本发明微带天线。应理解，在本文中，“第一片材”和“第二片材”可以是单独的片状材料，也可以是蚀刻形成在嵌体(inlay)中的导电材料层，或者是通过电镀等方式形成的导电材料镀层，或打印在绝缘膜上的导电材料层。优选地，辐射片、短路片、接地板、馈源、馈线和馈电片与绝缘膜形成嵌体结构。

在通过上述步骤形成辐射片、馈线23、馈电片24、短路片27、一字槽25和接地板20时，可以根据实际需要(例如根据期望的谐振频率)设计这些结构，尤其是其中馈电片24和一字槽25的尺寸参数。另外，可以根据实际需要(例如根据期望的谐振频率)设计介质26的尺寸参数，尤其是其厚度，实现制作符合需求的微带天线。

需要说明的是，由于馈电片24、绝缘膜和接地板20都是由薄膜形成，其厚度非常小，相对于微带天线的尺寸参数(例如介质26的厚度)可以忽略，因此为了简便清楚起见，虽然将本实施例中的微带天线在垂直于Y轴方向的截面绘制成图2的形式，但本领域的技术人员应理解馈电片24和接地板20之间的距离(即绝缘膜的厚度)远小于与微带天线的谐振频率对应的1/4波长。在一个实施例中，绝缘膜的厚度小于等于1/4波长的0.2％。在一个优选实施例中，绝缘膜的厚度小于等于1/4波长的0.15％。在进一步优选的实施例中，绝缘膜的厚度小于等于1/4波长的0.1％。替代地，绝缘膜的厚度小于等于0.1mm。

本领域技术人员应理解，与微带天线的谐振频率对应的1/4波长取决于微带天线的谐振频率。作为非限制性示例，1/4波长的数值如下表所示：

应理解，本发明并不限于在此列出的具体波长数值。本领域技术人员在阅读本发明后能够将本发明的原理应用于其他国家和/或地区所规定的其他谐振频率。

图6、7示出了在本发明的第二个较佳的实施例中，本发明的该微带天线的结构。与前一个实施例不同的是，本实施例中，微带天线中的馈线23从馈源22沿介质26的长度方向延伸，并不超过狭缝，而是在接近介质26的一个侧表面处弯折向下延伸，直到接近介质20的下表面处，在该处，馈线23的端部与设置在介质26中且邻近其下表面的馈电片24相连。本实施例中，不需要使用绝缘膜保证馈电片24与接地板20之间的电绝缘。但是馈电片24与接地板20之间的距离是与前一个实施例相同的，其相当于绝缘膜(例如嵌体材料中的那层绝缘膜)的厚度，即不大于1mm。

另外，本实施例中的两个一字槽25形成在接地板20上。与前一个实施例类似地，这两个一字槽25的缝宽不大于1mm，其长度不大于接地板20的宽度的一半，且其距离短路片27的距离不超过辐射片的长度的1/2。

需要说明的是，本实施例中的微带天线也可以设计成采用如前一个实施例所示出的一字槽25的形式，即将一字槽25形成在辐射片上。而前一个实施例也可以设计成采用如本实施例所示出的一字槽25的形式，即将一字槽25形成在接地板20上。应理解，本领域技术人员在阅读本发明后可以采用与实施例中具体示出的形式不同的一字槽，以对微带天线的谐振频率进行微调。

以下以第二个实施例中所示出微带天线为例，通过理论、模拟等手段描述其特性。

为了便于用传输线和驻波理论分析，将该微带天线看成是一个两臂长不等的偶极子天线折叠后的产物：一臂长约1/2波长，另一臂长约为1/4波长。在左正右负的差分端口激励下，其两臂上的电流都符合驻波分布，如图8所示，左侧呈现为电流正弦分布+，右侧呈现为电流正弦分布-(图8中虚线所示)。将左侧1/2波长臂相对馈源右移1/4波长，让其中点接上正极端口。同时让右侧1/4波长臂末端折叠成形成“J”状结构。折叠后的两臂仍符合此驻波分布，如图9所示。再将1/2波长臂左半截绕馈源逆时针翻折约270度，得到如图10所示的侧视图结构，即等同于本方案中设计的微带天线，并预估该微带天线其表面电流的流向和幅值分布仍基本上符合这一结构，即越接近开路端电流越弱，而接近短路片27处电流越强。将图10中的结构进行仿真模拟(采用ANSYS公司的仿真软件HFSS)，辐射片上的矢量电流分布如图11所示，接地板20上的矢量电流分布如图12所示。而将馈电片24设置为直连耦合再进行仿真模拟，可以看到接地板20上矢量电流分布如图13所示。对比两种设计的仿真结构，直连耦合在接地板20右端会产生较强的星形电流分布，而耦合馈电产生的电流方向与直连耦合基本一致，说明本实施例中的耦合可以达到于直连耦合类似的效果。与常见的应用于微带天线中的L型探针耦合不同，前者在两个水平耦合单元间产生容抗，而本设计中由于馈电片24和接地板20开路端电流幅值相差不大，不论流向如何，电流的正弦分布相位都比较接近，有利于产生更大的感抗，能更好地与馈源芯片的阻抗匹配。并且，在仿真调试中发现，馈电片24与接地板20的距离越近，耦合的效果更佳，总增益越接近直连耦合的总增益。

由于两个实施例中的微带天线具有类似的电学结构，上述的分析以及仿真结果同样适用于第一个实施例中的微带天线。

以下通过第二个实施例中的微带天线，实现一种具有抗金属功能的电子标签，尤其是柔性的电子标签。

在本实施例中，采用的外壳为PC塑料，将图7所示结构的微带天线置于其中形成如图14所示的电子标签31。具体地，将定型的电子标签31贴到的软质填充物后，再掰弯并塞入PC塑料的硬的外壳中，一个完整的抗金属标签就组装好了。本实施例中，最终加上外壳后的电子标签的弧长为65mm，宽为35-40mm，厚6mm。

其中，选择硅橡胶作为介质26的材料，其介电常数为3.2，正切损耗在0.002-0.003之间。由于选择诸如硅橡胶的柔性材料形成本发明的微带天线的介质26，最后制作形成的电子标签31能够贴合在球状面外形的金属物体上，例如图14所示的钢瓶30。

在本实施例中，所用的微带天线的具体结构参数选择为：两个子片211、212以及辐射片的长度为47-53mm，接地板20的长度为52-57mm，狭缝的宽度L1(参见图15)为5mm，馈电片24的宽度L2比L1大2.5-2.5mm。并且，针对谐振频率为915MHz，将本实施例中的微带天线的结构参数进一步限定为：馈电片为12*8.4mm，辐射片为10.4*51.2mm，一字槽25长度为10.2mm。

需要说明的是，由于本实施例中采用PC塑料的外壳，选择图7所示结构的微带天线。如果采用其他材料，例如ABS材料的外壳，可以对图7所示的微带天线中的一字槽25的位置进行调整，例如将其中的一个或两个一字槽25开设到辐射片上，如图3所示的那样。

另外，所用微带天线上的馈源22选择为RFID UHF标签芯片，例如芯片Monza 4。通常而言，RFID UHF标签芯片有两组差分端口，这里使用其中一组即可。对一般的双端口天线来讲，若让其一端连接辐射片，则其对应的反极性端连接接地板20即可，无需区分具体正负极性。

为了预测本发明的电子标签31的抗金属性能，对电子标签31进行了金属环境下的仿真。具体地为，使用ANSYS公司的仿真软件HFSS，在电子标签31下方增加一块120*90mm的金属板以模仿钢瓶30外壳，最终仿真出其辐射增益和S11参数如图13所示。从图中所示的结果可以看出，本实施例的电子标签具有很好的抗金属性能。

图15是对本实施例中的电子标签31的微带天线的辐射性能的仿真结果，其使用ANSYS公司的仿真软件HFSS，从图中可以清楚地看到，在馈电片24处发生足够强的电磁泄漏。

图16示意性地示出了图15所示的微带天线的辐射方向。需要说明的是，为了清楚绘示出辐射方向，图中的馈电片和接地板之间的距离绘示成较大而未按实际比例绘制，但本领域的技术人员根据以上的描述，可以理解两者的间距是非常小的，相当于嵌体材料中的那层绝缘膜的厚度。

本发明的电子标签的优良的抗金属性能和辐射性能也可以从以下的分析得出：RFID UHF标签芯片，例如芯片Monza 4的内阻抗为11-145j欧姆，其内阻虚部绝对值很大，可以看成是一个电容。根据阻抗匹配的要求，标签天线的阻抗必须设计11+145j欧姆，需要一个很大的电感量。如之前对本发明的微带天线的性能的分析所述的，本发明的微带天线中的馈线23和馈电片24形成“J”状的结构，这样的结构使得经过馈线23的电流流到馈电片2，并以辐射泄漏方式到接地板20，从而使得馈电片24与短路片27成为一段双线传输线，从而改变微带天线阻抗。这是一种变压器效应，将部分容抗变成感抗，从而形成整个微带天线谐振。

在本发明的电子标签工作时，其中的馈电片作为导体的末端，其处于电流开路端，与接地板之间邻近，两者间距远小于1/4波长(参见之前关于图8-10的描述)，因此两者之间会产生强烈的边缘磁场，其辐射机理实际上为高频的电磁泄漏。当微带天线整体工作在谐振的状态，表面电流经过，辐射明显增强，辐射效率就大大提高；且谐振频率越高，辐射泄漏越强烈，辐射效率越高。

可见，可以采用微调天线长度和馈源(芯片)位置、调整两个子片之间狭缝长宽、增加横向一字槽等方式，改变天线表面电流相位从而达到与馈源的匹配。其中，馈线越长其改变越明显，长度要小于1/2波长。另外，如果微带天线的辐射片和接地板的间距以及介质26高度增加，微带天线增益也会增大。

另外需要说明的是，外壳的材质也会影响到微带天线的辐射特性和阻抗匹配，所以针对本发明的电子标签的阻抗匹配调试必须联合外壳同步进行。

在实际使用中，将本发明的电子标签31粘贴于钢瓶30对应位置后，使用手持机以26-30dBm的发射功率进行测试，其正面最远读写距离可达6m左右，如果改用固定式读写器则其读写距离更远。为了增加读写难度，将16个气瓶装入一个4*4的集装格内。同时搭建了一个8m宽5m高的大门，大门顶梁上装有4个平板天线，两侧立柱上再各装两个天线，所有天线辐射方向均朝向门内侧。一共8个天线，接一台impinj 420读写器，以最大输出功率30dbm轮流工作。再选取一个4*4的集装格，每个钢瓶30上都装上一个标签，允许标签朝向任意但都必须安装在瓶脖处，用一辆普通帐篷货车运载集格通过大门。反复通过了5次，每次都能100％读取到所有的标签。也证明了此款标签的性能满足钢瓶30流转环节常用的群读群写要求，为钢瓶30等球状面外形的金属物进行物联网管理提供的一种新的解决方案。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (20)

1.一种微带天线，其特征在于，包括：

辐射片；

与辐射片平行的接地板；

导电地连接辐射片与接地板的短路片；以及

位于辐射片和接地板之间的馈电片；

其中，辐射片开设有狭缝以使得辐射片总体上形成为U形，该U形包括构成U形的两个臂的两个子片以及构成U形底边的连接部；

其中，在所述狭缝中设置有馈源，所述馈源的正极和负极中的一个与所述连接部电连接，所述馈源的正极和负极中的另一个通过馈线与所述馈电片电连接；

其中，馈电片的底侧设置为紧贴接地板并通过绝缘膜与接地板间隔开，所述绝缘膜的厚度远小于与微带天线的谐振频率对应的1/4波长。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述绝缘膜的厚度小于等于1/4波长的0.2％，优选地小于等于1/4波长的0.15％，优选地小于等于1/4波长的0.1％。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述绝缘膜的厚度小于等于0.1mm。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈电片位于辐射片的外周在与辐射片垂直的方向上的投影的范围内。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括弹性的介质，所述介质设置于辐射片和接地板之间，其中所述馈电片设置于所述介质下方。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述辐射片、短路片、接地板设置为紧贴所述介质，所述馈线围绕介质折叠或贯穿所述介质。

7.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述介质为硅橡胶。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述辐射片、短路片、接地板、馈源、馈线和馈电片结合至绝缘膜的一侧。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述辐射片、短路片、接地板、馈源、馈线和馈电片与绝缘膜形成嵌体结构。

10.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述辐射片、短路片和接地板由导电材料整体形成，所述馈线和馈电片由导电材料整体形成。

11.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述两个子片相对于辐射片的纵向中轴线对称地设置。

12.根据权接利要求1所述的天线，其特征在于，所述接地板和/或辐射片在靠近短路片处开设有一个或多个一字槽。

13.根据权利要求12所述的天线，其特征在于，所述一字槽的长度不超过辐射片宽度的1/2，所述一字槽距离短路片的距离不超过辐射片的长度的1/2，所述一字槽的宽度不超过0.1mm。

14.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述连接部上设有突出部，所述馈源的正极和负极中的一个与所述突出部电连接。

15.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈源为RFID UHF标签芯片。

16.一种电子标签，其特征在于，包括：

由导电材料制成的总体上呈U形的第一片材，其中U形的底边具有加长的纵向长度；

由导电材料制成的总体上呈T形的第二片材，其中T形的顶边具有加长的纵向长度；以及

馈源；

其中，第一片材、第二片材和馈源结合到绝缘膜的一侧以形成条带组合件，所述条带组合件经折叠成为封闭环形而形成根据权利要求1至15中的任一项所述的微带天线，其中所述辐射片、短路片和接地板由第一片材整体形成，所述馈线和馈电片由第二片材整体形成。

17.根据权利要求16所述的电子标签，其特征在于，所述电子标签具有PC塑料外壳或ABS塑料外壳。

18.一种作电子标签的方法，其特征在于，包括下述步骤：

用导电材料制成总体上呈U形的第一片材，其中U形的底边具有加长的纵向长度；

用导电材料制成的总体上呈T形的第二片材，其中T形的顶边具有加长的纵向长度；

将第一片材、第二片材和馈源结合到绝缘膜的一侧以形成条带组合件；

将所述条带组合件折叠成为封闭环形而形成根据权利要求1至15中的任一项所述的微带天线，其中所述辐射片、短路片和接地板由第一片材整体形成，所述馈线和馈电片由第二片材整体形成。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，将第一片材、第二片材和馈源结合到绝缘膜的一侧以形成条带组合件的步骤包括通过蚀刻使所述辐射片、短路片、接地板、馈源、馈线和馈电片与绝缘膜形成嵌体结构。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括下述步骤：

在所述接地板和/或辐射片在靠近短路片处开设一个或多个一字槽；

将所述天线安装至PC塑料外壳或ABS塑料外壳中。

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