CN113285204B - 一种基于微带结构的超高频rfid抗金属标签天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线，包括介质基板以及设置在介质基板上的辐射模块，介质基板为矩形板，辐射模块采用微带结构实现，辐射模块包括射频芯片、金属层、第一矩形槽、第二矩形槽、第三矩形槽、第一辐射单元和第二辐射单元，第一辐射单元和第二辐射单元分别由八个矩形金属块构成，第一辐射单元和第二辐射单元不但形成对称的振子天线结构，而且还与第二矩形槽形成与第一矩形槽和第三矩形槽连通的U型槽，第一辐射单元和第二辐射单元之间形成的间隙以及内部具有的间隙构成阻抗调节结构；优点是在具有较远的阅读距离，具有较高的增益，实现小型化的同时，加工工艺简单，成本较低，且频带较宽。

Description

一种基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线

技术领域

本发明涉及一种超高频RFID抗金属标签天线，尤其是涉及一种基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线。

背景技术

随着物联网技术在各个领域的推广，射频识别技术(RFID)标签的应用场景逐渐趋于多样性，一些应用要求将RFID标签天线安装在不同材料的物品上，例如玻璃、木材、甚至金属上。RFID标签天线通常会直接贴附到需要标识的对象上，而金属物体对RFID标签天线是非常有挑战性的。当一个普通的RFID标签天线放置在金属物体表面时，因电磁波有遇金属反射的特性，RFID标签天线的辐射电阻会急剧下降，此时RFID标签天线原本的性能指标都会受到一定程度的负面影响，导致其可识别范围急剧缩短，阅读距离较短，更糟的情况将是无法被识别。在使用RFID标签天线的各行各业中，许多场景提出了“识别金属物品”这样的需求，比如电子车牌、联运集装箱货运和大型机械设备等。由此，具有抗金属特性的超高频RFID抗金属标签天线应运而生，且已经在金属环境背景下得到了应用。

现有的超高频RFID抗金属标签天线通常基于微带结构来实现，其本身具有金属地板，不但受到金属环境的影响较小,而且受到不同的金属表面尺寸的影响也很小，可以有效地降低金属表面的影响，具有较远的阅读距离，且在保持较高增益的前提下，实现了天线小型化的目的。但是这种基于微带结构实现的超高频RFID抗金属标签天线中通常需要采用金属过孔、短路贴片或者采用高介电常数的介质基板等，加工复杂，成本较高，且频带较窄。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在具有较远的阅读距离，具有较高的增益，实现小型化的同时，加工工艺简单，成本较低，且频带较宽的基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线，包括介质基板以及设置在所述的介质基板上的辐射模块，所述的介质基板为矩形板，所述的辐射模块采用微带结构实现，所述的辐射模块包括射频芯片、金属层、第一矩形槽、第二矩形槽、第三矩形槽、第一辐射单元和第二辐射单元，所述的金属层附着在所述的介质基板的上表面，所述的金属层的前端面与所述的介质基板的前端面齐平，所述的金属层的后端面与所述的介质基板的后端面齐平，所述的金属层的左端面与所述的介质基板的左端面齐平，所述的金属层的右端面与所述的介质基板的右端面齐平，所述的第一矩形槽、所述的第二矩形槽和所述的第三矩形槽分别开设在所述的金属层上，且按照从左到右顺序依次排布，所述的介质基板的上表面在所述的第一矩形槽、所述的第二矩形槽和所述的第三矩形槽处暴露出来，所述的第一矩形槽、所述的第二矩形槽和所述的第三矩形槽的前端面所在平面分别平行于所述的介质基板的前端面所在平面，所述的第二矩形槽沿前后方向的对称面与所述的介质基板沿前后方向的对称面位于同一平面，所述的第二矩形槽沿左右方向的对称面与所述的介质基板沿左右方向的对称面位于同一平面，所述的第一矩形槽的右端面与所述的第二矩形槽的左端面连通且呈贴合状态，所述的第三矩形槽的左端面与所述的第二矩形槽的右端面连通且呈贴合状态，所述的第一矩形槽、所述的第二矩形槽和所述的第三矩形槽的后端面位于同一平面，所述的第一矩形槽和所述的第三矩形槽的前端面位于同一平面，且该平面位于所述的第二矩形槽的前端面所在平面的后侧，所述的第一矩形槽沿左右方向的长度等于所述的第三矩形槽沿左右方向的长度，所述的第一矩形槽的左端面所在平面与所述的介质基板的左端面所在平面具有一段距离，所述的第一辐射单元包括第一矩形金属块、第二矩形金属块、第三矩形金属块、第四矩形金属块、第五矩形金属块、第六矩形金属块、第七矩形金属块和第八矩形金属块，所述的第一矩形金属块、所述的第二矩形金属块、所述的第三矩形金属块、所述的第四矩形金属块、所述的第五矩形金属块、所述的第六矩形金属块、所述的第七矩形金属块和所述的第八矩形金属块分别附着在所述的介质基板的上表面，所述的第一矩形金属块、所述的第二矩形金属块、所述的第三矩形金属块和所述的第四矩形金属块按照从前到后的顺序依次间隔排布，所述的第五矩形金属块、所述的第六矩形金属块、所述的第七矩形金属块和所述的第八矩形金属块按照从左到右的顺序依次排布，所述的第一矩形金属块的前端面与所述的第二矩形槽的前端面平行且两者之间具有一段距离，所述的第一矩形金属块的右端面位于所述的介质基板沿前后方向的对称面的左侧，且两者之间具有一段距离，所述的第二矩形金属块、所述的第三矩形金属块和所述的第四矩形金属块的右端面位于同一平面，且该平面位于所述的第一矩形金属块的右端面所在平面的左侧，所述的第二矩形金属块和所述的第三矩形金属块的左端面位于同一平面，且该平面位于所述的第四矩形金属块的左端面所在平面的右侧，所述的第四矩形金属块的左端面位于所述的第一矩形金属块的左端面所在平面的右侧，所述的第四矩形金属块的后端面与所述的第二矩形槽的后端面平行，且两者之间具有一段距离，所述的第五矩形金属块的前端面与所述的第一矩形金属块的前端面位于同一平面，所述的第五矩形金属块的后端面与所述的第二矩形槽的后端面位于同一平面，所述的第五矩形金属块的左端面与所述的第二矩形槽的左端面之间具有一段距离，所述的第五矩形金属块的右端面与所述的第一矩形金属块的左端面贴合连接，所述的第六矩形金属块的后端面与所述的第五矩形金属块的后端面位于同一平面，所述的第六矩形金属块的左端面与所述的第五矩形金属块的右端面贴合连接，所述的第六矩形金属块的右端面与所述的第四矩形金属块的左端面贴合连接，所述的第六矩形金属块的前端面与所述的第四矩形金属块的前端面位于同一平面，所述的第七矩形金属块的前端面与所述的第二矩形金属块的前端面齐平，所述的第七矩形金属块的后端面与所述的第三矩形金属块的后端面齐平，所述的第七矩形金属块的右端面分别与所述的第二矩形金属块的左端面和所述的第三矩形金属块的左端面贴合连接，所述的第七矩形金属块的左端面所在平面位于所述的第六矩形金属块的右端面所在平面的右侧，且两者之间具有一段距离，所述的第八矩形金属块位于所述的第三矩形金属块和所述的第四矩形金属块之间，所述的第八矩形金属块的前端面与所述的第三矩形金属块的后端面贴合连接，所述的第八矩形金属块的后端面与所述的第四矩形金属块的前端面贴合连接，所述的第八矩形金属块的右端面与所述的第三矩形金属块的右端面位于同一平面，所述的第八矩形金属块的左端面所在平面位于所述的第三矩形金属块的左端面所在平面的右侧；所述的第二辐射单元与所述的第一辐射单元相对于所述的第二矩形槽沿前后方向的对称面左右对称，所述的第一辐射单元的第一矩形金属块与所述的第二辐射单元中与所述的第一矩形金属块对称的矩形金属块之间形成第一间隙，所述的射频芯片设置在所述的第一间隙处，所述的射频芯片分别与所述的第一辐射单元的第一矩形金属块和所述的第二辐射单元中与所述的第一矩形金属块对称的矩形金属块连接，所述的金属层上还设置有第四矩形槽，所述的介质基板的上表面在所述的第四矩形槽处暴露出来，所述的第四矩形槽相对于所述的第二矩形槽沿前后方向的对称面左右对称，所述的第四矩形槽的前端面与所述的第二矩形槽的后端面贴合连通，所述的第四矩形槽的后端面与所述的金属层的后端面齐平，所述的第四矩形槽沿左右方向的长度大于所述的第一间隙沿左右方向的长度；所述的第二矩形槽的左端面、所述的第二矩形槽的前端面、所述的第二矩形槽的右端面、所述的第五矩形金属块、所述的第一矩形金属块、所述的第二辐射单元中与所述的第一矩形金属块对称的矩形金属块以及所述的第二辐射单元中与所述的第五矩形金属块对称的矩形金属块围成一个U型槽，该U型槽分别与所述的第一矩形槽和所述的第三矩形槽连通后用于调整所述的超高频RFID抗金属标签天线表面电流流经路径，减小所述的超高频RFID抗金属标签天线尺寸；所述的第一辐射单元中的第二矩形金属块、第三矩形金属块、第四矩形金属块、第六矩形金属块、第七矩形金属块和第八矩形金属块构成一个振子天线结构，所述的第二辐射单元中与所述的第一辐射单元中第二矩形金属块、第三矩形金属块、第四矩形金属块、第六矩形金属块、第七矩形金属块和第八矩形金属块对称的结构也构成一个振子天线结构，两个振子天线结构构成的对称振子结构用于拓展所述的超高频RFID抗金属标签天线的频带，使其具有宽频带特性；所述的第四矩形槽、所述的第一辐射单元中第二矩形金属块、第三矩形金属块和第七矩形金属块之间形成的第一个矩形槽、所述的第一辐射单元中第三矩形金属块、第四矩形金属块和第八矩形金属块之间形成的第二个矩形槽、所述的第一辐射单元中第四矩形金属块、第六矩形金属块和第二矩形槽的后端面之间形成的第三个矩形槽、所述的第二辐射单元中与第一个矩形槽对称的矩形槽、所述的第二辐射单元中与第二个矩形槽对称的矩形槽以及所述的第二辐射单元中与第三个矩形槽对称的矩形槽构成阻抗调节结构，用于调节所述的超高频RFID抗金属标签天线的阻抗进行阻抗匹配。

所述的介质基板采用厚度为1.5mm的环氧玻璃布层压板实现，所述的第一矩形槽、所述的第二矩形槽、所述的第三矩形槽、所述的第一间隙、所述的第四矩形槽、所述的第一辐射单元和所述的第二辐射单元分别采用刻蚀工艺形成。

所述的介质基板沿左右方向的长度为73mm，沿前后方向的长度为24mm；所述的第一矩形槽沿左右方向的长度为8mm，沿前后方向的长度为2mm；所述的第二矩形槽沿左右方向的长度为37mm，沿前后方向的长度为18mm；所述的第三矩形槽沿左右方向的长度为8mm，沿前后方向的长度为2mm；所述的第一矩形金属块沿左右方向的长度为13.75mm，沿前后方向的长度为2.5mm；所述的第二矩形金属块沿左右方向的长度为6mm，沿前后方向的长度为2mm；所述的第三矩形金属块沿左右方向的长度为6mm，沿前后方向的长度为2mm；所述的第四矩形金属块沿左右方向的长度为10mm，沿前后方向的长度为2mm；所述的第五矩形金属块沿左右方向的长度为2.5mm，沿前后方向的长度为16mm；所述的第六矩形金属块沿左右方向的长度为2mm，沿前后方向的长度为4mm；所述的第七矩形金属块沿左右方向的长度为2mm，沿前后方向的长度为6mm；所述的第八矩形金属块沿左右方向的长度为2mm，沿前后方向的长度为2mm；所述的第五矩形金属块的左端面与所述的第二矩形槽的左端面之间的距离为2mm，所述的第七矩形金属块的左端面与所述的第五矩形金属块的右端面之间的距离为4mm，所述的第一矩形槽的左端面所在平面与所述的介质基板的左端面所在平面之间的距离为10mm，所述的第一矩形金属块的前端面与所述的第二矩形槽的前端面之间的距离为2mm，所述的第四矩形金属块的后端面与所述的第二矩形槽的后端面之间的距离为 2mm所述的第一矩形金属块的后端面与所述的第二矩形金属块的前端面之间的距离为 1.5mm，所述的第二矩形金属块的后端面与所述的第三矩形金属块的前端面之间的距离为 2mm，所述的第三矩形金属块的后端面与所述的第四矩形金属块的前端面之间的距离为 2mm ，所述的第四矩形槽沿左右方向的长度为2mm，沿前后方向的长度为3mm，所述的第一间隙沿左右方向的长度为 0.5mm，沿前后方向的长度为2.5mm。

与现有技术相比，本发明的优点在于第二矩形槽的左端面、第二矩形槽的前端面、第二矩形槽的右端面、第五矩形金属块、第一矩形金属块、第二辐射单元中与第一矩形金属块对称的矩形金属块以及第二辐射单元中与第五矩形金属块对称的矩形金属块围成一个U型槽，通过改变U型槽的尺寸可以很方便地改变电流流经路径，在有限的体积内增大天线的电尺寸，从而大大减小了天线的实际尺寸，达到了小型化的效果。另外由第一辐射单元中的第二矩形金属块、第三矩形金属块、第四矩形金属块、第六矩形金属块、第七矩形金属块和第八矩形金属块构成一个振子天线结构，第二辐射单元中与第一辐射单元中第二矩形金属块、第三矩形金属块、第四矩形金属块、第六矩形金属块、第七矩形金属块和第八矩形金属块对称的结构也构成了一个振子天线结构，两个振子结构构成的对称振子结构在天线结构上激发出了一个新的谐振模式，再通过适当的尺寸调整即可使得两个谐振点均位于超高频频段内，且两段带宽范围内回波损耗均小于-10dB，大大拓宽了天线的带宽，达到了原本普通微带天线的2倍以上带宽的结果，其10dB带宽覆盖了超高频频段，具有良好的宽频带特性，第四矩形槽、第一辐射单元中第二矩形金属块、第三矩形金属块和第七矩形金属块之间形成的第一个矩形槽、第一辐射单元中第三矩形金属块、第四矩形金属块和第八矩形金属块之间形成的第二个矩形槽、第一辐射单元中第四矩形金属块、第六矩形金属块和第二矩形槽的后端面之间形成的第三个矩形槽、第二辐射单元中与第一个矩形槽对称的矩形槽、第二辐射单元中与第二个矩形槽对称的矩形槽以及第二辐射单元中与第三个矩形槽对称的矩形槽构成阻抗调节结构，通过调节这三个矩形槽的长宽来调节天线电抗，使其达到射频芯片输出阻抗的共轭值，完成阻抗匹配的目的，并且因为对称振子结构的存在，大大利用了天线内部空间，既能展宽频带，又使得天线整体辐射面积没有下降很多，增益仍然较高，并没有为了达到宽频带的目的而过分牺牲了增益，实现了较好的平衡。天线整体无金属过孔或短路贴片结构，加工简单，成本较低。由此本发明在具有较远的阅读距离，具有较高的增益，实现小型化的同时，加工工艺简单，成本较低，且频带较宽。通过仿真和实验得到本发明的天线在金属环境下具有-3.4dB的高增益，有10m以上的超远阅读距离，阻抗匹配达到99.2%以上，且10dB带宽为28MHz，是普通微带天线带宽的两倍以上，具有宽频带特性。

附图说明

图1为本发明的基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线的俯视图；

图2为本发明的基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线的回波损耗仿真图；

图3为本发明的基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线的输入阻抗示意图；

图4为本发明的基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线的辐射方向图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：如图1所示，一种基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线，包括介质基板以及设置在介质基板上的辐射模块，介质基板为矩形板，辐射模块采用微带结构实现，辐射模块包括射频芯片、金属层1、第一矩形槽2、第二矩形槽3、第三矩形槽4、第一辐射单元5和第二辐射单元6，金属层1附着在介质基板的上表面，金属层1的前端面与介质基板的前端面齐平，金属层1的后端面与介质基板的后端面齐平，金属层1的左端面与介质基板的左端面齐平，金属层1的右端面与介质基板的右端面齐平，第一矩形槽2、第二矩形槽3和第三矩形槽4分别开设在金属层1上，且按照从左到右顺序依次排布，介质基板的上表面在第一矩形槽2、第二矩形槽3和第三矩形槽4处暴露出来，第一矩形槽2、第二矩形槽3和第三矩形槽4的前端面所在平面分别平行于介质基板的前端面所在平面，第二矩形槽3沿前后方向的对称面与介质基板沿前后方向的对称面位于同一平面，第二矩形槽3沿左右方向的对称面与介质基板沿左右方向的对称面位于同一平面，第一矩形槽2的右端面与第二矩形槽3的左端面连通且呈贴合状态，第三矩形槽4的左端面与第二矩形槽3的右端面连通且呈贴合状态，第一矩形槽2、第二矩形槽3和第三矩形槽4的后端面位于同一平面，第一矩形槽2和第三矩形槽4的前端面位于同一平面，且该平面位于第二矩形槽3的前端面所在平面的后侧，第一矩形槽2沿左右方向的长度等于第三矩形槽4沿左右方向的长度，第一矩形槽2的左端面所在平面与介质基板的左端面所在平面具有一段距离，第一辐射单元5包括第一矩形金属块51、第二矩形金属块52、第三矩形金属块53、第四矩形金属块54、第五矩形金属块55、第六矩形金属块56、第七矩形金属块57和第八矩形金属块58，第一矩形金属块51、第二矩形金属块52、第三矩形金属块53、第四矩形金属块54、第五矩形金属块55、第六矩形金属块56、第七矩形金属块57和第八矩形金属块58分别附着在介质基板的上表面，第一矩形金属块51、第二矩形金属块52、第三矩形金属块53和第四矩形金属块54按照从前到后的顺序依次间隔排布，第五矩形金属块55、第六矩形金属块56、第七矩形金属块57和第八矩形金属块58按照从左到右的顺序依次排布，第一矩形金属块51的前端面与第二矩形槽3的前端面平行且两者之间具有一段距离，第一矩形金属块51的右端面位于介质基板沿前后方向的对称面的左侧，且两者之间具有一段距离，第二矩形金属块52、第三矩形金属块53和第四矩形金属块54的右端面位于同一平面，且该平面位于第一矩形金属块51的右端面所在平面的左侧，第二矩形金属块52和第三矩形金属块53的左端面位于同一平面，且该平面位于第四矩形金属块54的左端面所在平面的右侧，第四矩形金属块54的左端面位于第一矩形金属块51的左端面所在平面的右侧，第四矩形金属块54的后端面与第二矩形槽3的后端面平行，且两者之间具有一段距离，第五矩形金属块55的前端面与第一矩形金属块51的前端面位于同一平面，第五矩形金属块55的后端面与第二矩形槽3的后端面位于同一平面，第五矩形金属块55的左端面与第二矩形槽3的左端面之间具有一段距离，第五矩形金属块55的右端面与第一矩形金属块51的左端面贴合连接，第六矩形金属块56的后端面与第五矩形金属块55的后端面位于同一平面，第六矩形金属块56的左端面与第五矩形金属块55的右端面贴合连接，第六矩形金属块56的右端面与第四矩形金属块54的左端面贴合连接，第六矩形金属块56的前端面与第四矩形金属块54的前端面位于同一平面，第七矩形金属块57的前端面与第二矩形金属块52的前端面齐平，第七矩形金属块57的后端面与第三矩形金属块53的后端面齐平，第七矩形金属块57的右端面分别与第二矩形金属块52的左端面和第三矩形金属块53的左端面贴合连接，第七矩形金属块57的左端面所在平面位于第六矩形金属块56的右端面所在平面的右侧，且两者之间具有一段距离，第八矩形金属块58位于第三矩形金属块53和第四矩形金属块54之间，第八矩形金属块58的前端面与第三矩形金属块53的后端面贴合连接，第八矩形金属块58的后端面与第四矩形金属块54的前端面贴合连接，第八矩形金属块58的右端面与第三矩形金属块53的右端面位于同一平面，第八矩形金属块58的左端面所在平面位于第三矩形金属块53的左端面所在平面的右侧；第二辐射单元6与第一辐射单元5相对于第二矩形槽3沿前后方向的对称面左右对称，第一辐射单元5的第一矩形金属块51与第二辐射单元6中与第一矩形金属块51对称的矩形金属块之间形成第一间隙7，射频芯片设置在第一间隙7处，射频芯片分别与第一辐射单元5的第一矩形金属块51和第二辐射单元6中与第一矩形金属块51对称的矩形金属块连接，金属层1上还设置有第四矩形槽8，介质基板的上表面在第四矩形槽8处暴露出来，第四矩形槽8相对于第二矩形槽3沿前后方向的对称面左右对称，第四矩形槽8的前端面与第二矩形槽3的后端面贴合连通，第四矩形槽8的后端面与金属层1的后端面齐平，第四矩形槽8沿左右方向的长度大于第一间隙7沿左右方向的长度；第二矩形槽3的左端面、第二矩形槽3的前端面、第二矩形槽3的右端面、第五矩形金属块55、第一矩形金属块51、第二辐射单元6中与第一矩形金属块51对称的矩形金属块以及第二辐射单元6中与第五矩形金属块55对称的矩形金属块围成一个U型槽，该U型槽分别与第一矩形槽2和第三矩形槽4连通后用于调整超高频RFID抗金属标签天线表面电流流经路径，减小超高频RFID抗金属标签天线尺寸；第一辐射单元5中的第二矩形金属块52、第三矩形金属块53、第四矩形金属块54、第六矩形金属块56、第七矩形金属块57和第八矩形金属块58构成一个振子天线结构，第二辐射单元6中与第一辐射单元5中第二矩形金属块52、第三矩形金属块53、第四矩形金属块54、第六矩形金属块56、第七矩形金属块57和第八矩形金属块58对称的结构也构成一个振子天线结构，两个振子天线结构构成的对称振子结构用于拓展超高频RFID抗金属标签天线的频带，使其具有宽频带特性；第四矩形槽8、第一辐射单元5中第二矩形金属块52、第三矩形金属块53和第七矩形金属块57之间形成的第一个矩形槽9、第一辐射单元5中第三矩形金属块53、第四矩形金属块54和第八矩形金属块58之间形成的第二个矩形槽10、第一辐射单元5中第四矩形金属块54、第六矩形金属块56和第二矩形槽3的后端面之间形成的第三个矩形槽11、第二辐射单元6中与第一个矩形槽9对称的矩形槽、第二辐射单元6中与第二个矩形槽10对称的矩形槽以及第二辐射单元6中与第三个矩形槽11对称的矩形槽构成阻抗调节结构，用于调节超高频RFID抗金属标签天线的阻抗进行阻抗匹配。

本实施例中，介质基板采用厚度为1.5mm的环氧玻璃布层压板实现，第一矩形槽2、第二矩形槽3、第三矩形槽4、第一间隙7、第四矩形槽8、第一辐射单元5和第二辐射单元6采用刻蚀工艺形成。

本实施例中，介质基板沿左右方向的长度为73mm，沿前后方向的长度为24mm；第一矩形槽2沿左右方向的长度为8mm，沿前后方向的长度为2mm；第二矩形槽3沿左右方向的长度为37mm，沿前后方向的长度为18mm；第三矩形槽4沿左右方向的长度为8mm，沿前后方向的长度为2mm；第一矩形金属块51沿左右方向的长度为 13.75mm，沿前后方向的长度为2.5mm；第二矩形金属块52沿左右方向的长度为6mm，沿前后方向的长度为2mm；第三矩形金属块53沿左右方向的长度为6mm，沿前后方向的长度为2mm；第四矩形金属块54沿左右方向的长度为10mm，沿前后方向的长度为 2mm；第五矩形金属块55沿左右方向的长度为2.5mm，沿前后方向的长度为16mm；第六矩形金属块56沿左右方向的长度为2mm，沿前后方向的长度为4mm；第七矩形金属块57沿左右方向的长度为2mm，沿前后方向的长度为6mm；第八矩形金属块58沿左右方向的长度为2mm，沿前后方向的长度为2mm；第五矩形金属块55的左端面与第二矩形槽3的左端面之间的距离为2mm，第七矩形金属块57的左端面与第五矩形金属块55的右端面之间的距离为4mm，第一矩形槽2的左端面所在平面与介质基板的左端面所在平面之间的距离为10mm，第一矩形金属块51的前端面与第二矩形槽3的前端面之间的距离为2mm，第四矩形金属块54的后端面与第二矩形槽3的后端面之间的距离为2mm，第一矩形金属块51的后端面与第二矩形金属块52的前端面之间的距离为1.5mm，第二矩形金属块52的后端面与第三矩形金属块53的前端面之间的距离为 2mm，第三矩形金属块53的后端面与第四矩形金属块54的前端面之间的距离为 2mm；第四矩形槽8沿左右方向的长度为2mm，沿前后方向的长度为 3mm，第一间隙7沿左右方向的长度为0.5mm，沿前后方向的长度为2.5mm。

采用HFSS对本发明的基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线进行建模仿真，仿真时射频芯片采用Higgs-4芯片。本发明的基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线的回波损耗仿真曲线如图2所示，本发明的基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线的输入阻抗示意图如图3所示，本发明的基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线的辐射方向图如图4所示。分析图2可知：本发明的基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线的谐振频率分别为0.908GHz和0.925GHz，且谐振频率处回波损耗均位于-20dB以下。另外，本发明的基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线的10dB带宽为0.902-0.930GHz，占比为3%，相对于普通的采用微带结构的抗金属天线来说，带宽扩大了两倍以上，具有宽频带的特性，且频带覆盖超高频频带，具有实用性；分析图3可知：本发明的基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线的阻抗在图示频率范围内呈上升趋势，在谐振频率处的阻抗为22.23+j182.08Ω（射频芯片在该频率下的阻抗为19-j182Ω），达到了阻抗匹配的效果，传输效率为 99.2%；分析图4可知：本发明的基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线具有良好的方向性，所有的辐射基本集中在正面，最大方向上的最大增益为-3.4dB。

Claims (3)

1.一种基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线，包括介质基板以及设置在所述的介质基板上的辐射模块，所述的介质基板为矩形板，所述的辐射模块采用微带结构实现，其特征在于所述的辐射模块包括射频芯片、金属层、第一矩形槽、第二矩形槽、第三矩形槽、第一辐射单元和第二辐射单元，所述的金属层附着在所述的介质基板的上表面，所述的金属层的前端面与所述的介质基板的前端面齐平，所述的金属层的后端面与所述的介质基板的后端面齐平，所述的金属层的左端面与所述的介质基板的左端面齐平，所述的金属层的右端面与所述的介质基板的右端面齐平，所述的第一矩形槽、所述的第二矩形槽和所述的第三矩形槽分别开设在所述的金属层上，且按照从左到右顺序依次排布，所述的介质基板的上表面在所述的第一矩形槽、所述的第二矩形槽和所述的第三矩形槽处暴露出来，所述的第一矩形槽、所述的第二矩形槽和所述的第三矩形槽的前端面所在平面分别平行于所述的介质基板的前端面所在平面，所述的第二矩形槽沿前后方向的对称面与所述的介质基板沿前后方向的对称面位于同一平面，所述的第二矩形槽沿左右方向的对称面与所述的介质基板沿左右方向的对称面位于同一平面，所述的第一矩形槽的右端面与所述的第二矩形槽的左端面连通且呈贴合状态，所述的第三矩形槽的左端面与所述的第二矩形槽的右端面连通且呈贴合状态，所述的第一矩形槽、所述的第二矩形槽和所述的第三矩形槽的后端面位于同一平面，所述的第一矩形槽和所述的第三矩形槽的前端面位于同一平面，且该平面位于所述的第二矩形槽的前端面所在平面的后侧，所述的第一矩形槽沿左右方向的长度等于所述的第三矩形槽沿左右方向的长度，所述的第一矩形槽的左端面所在平面与所述的介质基板的左端面所在平面具有一段距离，所述的第一辐射单元包括第一矩形金属块、第二矩形金属块、第三矩形金属块、第四矩形金属块、第五矩形金属块、第六矩形金属块、第七矩形金属块和第八矩形金属块，所述的第一矩形金属块、所述的第二矩形金属块、所述的第三矩形金属块、所述的第四矩形金属块、所述的第五矩形金属块、所述的第六矩形金属块、所述的第七矩形金属块和所述的第八矩形金属块分别附着在所述的介质基板的上表面，所述的第一矩形金属块、所述的第二矩形金属块、所述的第三矩形金属块和所述的第四矩形金属块按照从前到后的顺序依次间隔排布，所述的第五矩形金属块、所述的第六矩形金属块、所述的第七矩形金属块和所述的第八矩形金属块按照从左到右的顺序依次排布，所述的第一矩形金属块的前端面与所述的第二矩形槽的前端面平行且两者之间具有一段距离，所述的第一矩形金属块的右端面位于所述的介质基板沿前后方向的对称面的左侧，且两者之间具有一段距离，所述的第二矩形金属块、所述的第三矩形金属块和所述的第四矩形金属块的右端面位于同一平面，且该平面位于所述的第一矩形金属块的右端面所在平面的左侧，所述的第二矩形金属块和所述的第三矩形金属块的左端面位于同一平面，且该平面位于所述的第四矩形金属块的左端面所在平面的右侧，所述的第四矩形金属块的左端面位于所述的第一矩形金属块的左端面所在平面的右侧，所述的第四矩形金属块的后端面与所述的第二矩形槽的后端面平行，且两者之间具有一段距离，所述的第五矩形金属块的前端面与所述的第一矩形金属块的前端面位于同一平面，所述的第五矩形金属块的后端面与所述的第二矩形槽的后端面位于同一平面，所述的第五矩形金属块的左端面与所述的第二矩形槽的左端面之间具有一段距离，所述的第五矩形金属块的右端面与所述的第一矩形金属块的左端面贴合连接，所述的第六矩形金属块的后端面与所述的第五矩形金属块的后端面位于同一平面，所述的第六矩形金属块的左端面与所述的第五矩形金属块的右端面贴合连接，所述的第六矩形金属块的右端面与所述的第四矩形金属块的左端面贴合连接，所述的第六矩形金属块的前端面与所述的第四矩形金属块的前端面位于同一平面，所述的第七矩形金属块的前端面与所述的第二矩形金属块的前端面齐平，所述的第七矩形金属块的后端面与所述的第三矩形金属块的后端面齐平，所述的第七矩形金属块的右端面分别与所述的第二矩形金属块的左端面和所述的第三矩形金属块的左端面贴合连接，所述的第七矩形金属块的左端面所在平面位于所述的第六矩形金属块的右端面所在平面的右侧，且两者之间具有一段距离，所述的第八矩形金属块位于所述的第三矩形金属块和所述的第四矩形金属块之间，所述的第八矩形金属块的前端面与所述的第三矩形金属块的后端面贴合连接，所述的第八矩形金属块的后端面与所述的第四矩形金属块的前端面贴合连接，所述的第八矩形金属块的右端面与所述的第三矩形金属块的右端面位于同一平面，所述的第八矩形金属块的左端面所在平面位于所述的第三矩形金属块的左端面所在平面的右侧；所述的第二辐射单元与所述的第一辐射单元相对于所述的第二矩形槽沿前后方向的对称面左右对称，所述的第一辐射单元的第一矩形金属块与所述的第二辐射单元中与所述的第一矩形金属块对称的矩形金属块之间形成第一间隙，所述的射频芯片设置在所述的第一间隙处，所述的射频芯片分别与所述的第一辐射单元的第一矩形金属块和所述的第二辐射单元中与所述的第一矩形金属块对称的矩形金属块连接，所述的金属层上还设置有第四矩形槽，所述的介质基板的上表面在所述的第四矩形槽处暴露出来，所述的第四矩形槽相对于所述的第二矩形槽沿前后方向的对称面左右对称，所述的第四矩形槽的前端面与所述的第二矩形槽的后端面贴合连通，所述的第四矩形槽的后端面与所述的金属层的后端面齐平，所述的第四矩形槽沿左右方向的长度大于所述的第一间隙沿左右方向的长度；

所述的第二矩形槽的左端面、所述的第二矩形槽的前端面、所述的第二矩形槽的右端面、所述的第五矩形金属块、所述的第一矩形金属块、所述的第二辐射单元中与所述的第一矩形金属块对称的矩形金属块以及所述的第二辐射单元中与所述的第五矩形金属块对称的矩形金属块围成一个U型槽，该U型槽分别与所述的第一矩形槽和所述的第三矩形槽连通后用于调整所述的超高频RFID抗金属标签天线表面电流流经路径，减小所述的超高频RFID抗金属标签天线尺寸；所述的第一辐射单元中的第二矩形金属块、第三矩形金属块、第四矩形金属块、第六矩形金属块、第七矩形金属块和第八矩形金属块构成一个振子天线结构，所述的第二辐射单元中与所述的第一辐射单元中第二矩形金属块、第三矩形金属块、第四矩形金属块、第六矩形金属块、第七矩形金属块和第八矩形金属块对称的结构也构成一个振子天线结构，两个振子天线结构构成的对称振子结构用于拓展所述的超高频RFID抗金属标签天线的频带，使其具有宽频带特性；所述的第四矩形槽、所述的第一辐射单元中第二矩形金属块、第三矩形金属块和第七矩形金属块之间形成的第一个矩形槽、所述的第一辐射单元中第三矩形金属块、第四矩形金属块和第八矩形金属块之间形成的第二个矩形槽、所述的第一辐射单元中第四矩形金属块、第六矩形金属块和第二矩形槽的后端面之间形成的第三个矩形槽、所述的第二辐射单元中与第一个矩形槽对称的矩形槽、所述的第二辐射单元中与第二个矩形槽对称的矩形槽以及所述的第二辐射单元中与第三个矩形槽对称的矩形槽构成阻抗调节结构，用于调节所述的超高频RFID抗金属标签天线的阻抗进行阻抗匹配。

2.根据权利要求1所述的一种基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线，其特征在于所述的介质基板采用厚度为1.5mm的环氧玻璃布层压板实现，所述的第一矩形槽、所述的第二矩形槽、所述的第三矩形槽、所述的第一间隙、所述的第四矩形槽、所述的第一辐射单元和所述的第二辐射单元分别采用刻蚀工艺形成。

3.根据权利要求1所述的一种基于微带结构的超高频RFID抗金属标签天线，其特征在于所述的介质基板沿左右方向的长度为73mm，沿前后方向的长度为24mm；所述的第一矩形槽沿左右方向的长度为8mm，沿前后方向的长度为2mm；所述的第二矩形槽沿左右方向的长度为37mm，沿前后方向的长度为18mm；所述的第三矩形槽沿左右方向的长度为8mm，沿前后方向的长度为2mm；所述的第一矩形金属块沿左右方向的长度为13.75mm，沿前后方向的长度为2.5mm；所述的第二矩形金属块沿左右方向的长度为6mm，沿前后方向的长度为2mm；所述的第三矩形金属块沿左右方向的长度为6mm，沿前后方向的长度为2mm；所述的第四矩形金属块沿左右方向的长度为10mm，沿前后方向的长度为2mm；所述的第五矩形金属块沿左右方向的长度为2.5mm，沿前后方向的长度为16mm；所述的第六矩形金属块沿左右方向的长度为2mm，沿前后方向的长度为4mm；所述的第七矩形金属块沿左右方向的长度为2mm，沿前后方向的长度为6mm；所述的第八矩形金属块沿左右方向的长度为2mm，沿前后方向的长度为2mm；所述的第五矩形金属块的左端面与所述的第二矩形槽的左端面之间的距离为2mm，所述的第七矩形金属块的左端面与所述的第五矩形金属块的右端面之间的距离为4mm，所述的第一矩形槽的左端面所在平面与所述的介质基板的左端面所在平面之间的距离为10mm，所述的第一矩形金属块的前端面与所述的第二矩形槽的前端面之间的距离为2mm，所述的第四矩形金属块的后端面与所述的第二矩形槽的后端面之间的距离为2mm，所述的第一矩形金属块的后端面与所述的第二矩形金属块的前端面之间的距离为 1.5mm，所述的第二矩形金属块的后端面与所述的第三矩形金属块的前端面之间的距离为 2mm，所述的第三矩形金属块的后端面与所述的第四矩形金属块的前端面之间的距离为 2mm ，所述的第四矩形槽沿左右方向的长度为2mm，沿前后方向的长度为3mm，所述的第一间隙沿左右方向的长度为 0.5mm，沿前后方向的长度为 2.5mm。

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