CN207441958U - 一款超高频射频识别抗金属标签天线 - Google Patents

一款超高频射频识别抗金属标签天线 Download PDF

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李秀萍
周利苹
朱华
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Abstract

本文发明了一款超高频射频识别抗金属标签天线，该天线由介质基板上表面天线结构、介质基板、金属化过孔、金属地四个部分构成。天线结构包括矩形馈线、领结型偶极子天线和矩形开口环结构，芯片两端通过矩形馈线给领结型偶极子天线馈电，领结型偶极子天线上下两侧分别设有矩形开口环结构。介质基板底面设有金属地，金属化过孔连通领结型偶极子天线和金属地。矩形开口环结构通过与领结型偶极子天线耦合提高天线增益。金属化过孔连通领结型偶极子天线和金属地，减小金属对天线的影响，实现抗金属功能。该标签天线的‑10dB带宽为402MHz(611‑1013MHz)，方向图具有全向性，在840‑960MHz，天线增益范围为3‑3.9dBi，可应用于车牌识别等场景。

Description

一款超高频射频识别抗金属标签天线
技术领域
本实用新型专利涉及一种标签天线，尤其是一种超高频射频识别(UHF RFID)抗金属标签天线，属于RFID标签天线技术领域。
背景技术
超高频射频识别(UHF RFID)技术是一种利用无线电进行信息识别的技术。超高频射频识别技术可以将产品信息储存在超高频射频识别标签的电子芯片中，且能唯一识别产品的身份，所以在储存产品信息上有明显优势。物联网***是未来物品互联的发展方向，而超高频射频识别技术是物联网***不可或缺的组成部分，在商品和物品的管理以及交通管理中有着重要应用，而在超高频射频识别技术中，标签天线的设计是关键技术之一。因此，超高频射频识别标签天线的研究对我国具有重要意义。
在RFID众多应用中，有许多情况下的超高频射频识别标签需要贴覆在金属导体表面或者靠近一些导电性较高的物体，例如集装箱表面、车辆表面。而大多数超高频射频识别标签天线是偶极子形式或者从偶极子形式中变化而来。当偶极子天线放置于接近金属或类似金属等高导电性材料的位置时，会导致标签频率偏移工作频带，增益下降，读取性能降低等性能的恶化。这使得超高频射频识别标签在金属表面的使用受到限制。为了解决超高频射频识别标签应用于金属表面的问题，有必要对超高频射频识别抗金属标签的设计方法进行探索，解决标签天线放置于金属表面影响标签性能这个问题，提高超高频射频识别技术的应用范围，提升***的可靠性。同时，传统的超高频抗金属标签天线具有增益很低，而且其带宽很窄的缺点。本实用新型专利在传统工艺的基础上提出了一款增益高、频带宽，能够覆盖各国频段的超高频射频识别抗金属标签天线。
发明内容
本实用新型专利针对超高频射频识别抗金属的问题，提供一种能在金属表面读取、频带宽、增益高的超高频射频识别抗金属标签天线。本文发明为一款超高频射频识别抗金属标签天线，该天线由介质基板上表面天线结构、介质基板、金属化过孔、金属地四个部分构成。天线结构包括矩形馈线、领结型偶极子天线和矩形开口环结构。标签芯片通过矩形馈线给领结型偶极子天线馈电，调节领结型偶极子天线部分的总长度以及领结型偶极子天线中矩形和梯形的比例可使标签天线与标签芯片达到共轭匹配；两个矩形开口环结构分别位于领结型偶极子天线上下两侧，与领结型偶极子天线部分进行耦合，提高了天线增益。天线介质基板底面设有金属地，领结型偶极子天线左右两臂通过金属化过孔接金属地，减小金属对天线的辐射影响，实现抗金属功能。
该标签天线的-10dB带宽为402MHz(611-1013MHz)，且方向图具有全向性。在840-960MHz，天线增益范围为3-3.9dBi。
本实用新型专利的优点在于：
1)本实用新型专利领结型偶极子采用金属化过孔与金属地连接，减小金属对天线的影响，从而实现抗金属功能。
2)本实用新型专利用矩形开口环结构与领结型偶极子天线的耦合提高天线增益，使天线增益达到3-3.9dBi。
3)本实用新型专利覆盖840-960MHz，覆盖UHF RFID各国使用的全部频段。
4)本实用新型专利体积小，结构简单，易于加工，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标签天线俯视图；
图2是超高频射频识别抗金属标签天线侧视图；
图3是超高频射频识别抗金属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标签天线的xoz和yoz面方向图；
图5是超高频射频识别抗金属标签天线的增益随频率变化曲线图；
图中，1领结型偶极子天线左臂，2领结型偶极子天线右臂，3、4矩形馈线，5、6矩形开口环结构，7、8金属化过孔，9标签芯片，10金属地，11介质基板。
具体实施方式
本方案为超高频射频识别抗金属标签天线，结合附图进行如下详细说明。
本实用新型专利是一款应用于超高频射频识别的抗金属标签天线，该天线由介质基板上表面天线结构、介质基板、金属化过孔、金属地四个部分构成。
天线结构包括矩形馈线3、4，领结型偶极子天线左臂1和领结型偶极子天线右臂2以及矩形开口环结构5、6。其中，标签芯片9通过矩形馈线3、4分别给领结型偶极子天线1、2馈电。同时调节领结型偶极子天线左臂1和领结型偶极子天线右臂2的总长度以及领结型偶极子天线左臂1和领结型偶极子天线右臂2中矩形部分与梯形部分的长度比例，可以调节UHFRFID抗金属标签天线天线电抗部分，使其与标签芯片9达到共轭匹配。
金属化过孔7穿过介质基板11连通领结型偶极子天线左臂1与金属地10，金属化过孔8穿过介质基板11连通领结型偶极子天线右臂2与金属地10，以减小金属对天线辐射影响，实现抗金属功能。
矩形开口环结构5、6分别位于领结型偶极子天线左臂1和领结型偶极子天线右臂2的上下两侧，与领结型偶极子天线左臂1和领结型偶极子天线右臂2形成耦合。通过耦合增强了矩形开口环结构5、6的辐射，提高了天线增益。
本实用新型专利是一款应用于超高频射频识别的抗金属标签天线，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，介质基板厚度为3mm。领结型偶极子天线左臂1和领结型偶极子天线右臂2中矩形长为20mm，线宽16mm，梯形高为19mm。矩形开口环3、4长为186.4mm，线宽2mm，开口长为1.6mm，线宽2mm。
本实用新型专利是一款应用于超高频射频识别的抗金属标签天线，其仿真反射系数结果如图3所示，结果表明，该天线工作在842.5MHz，在611-1013MHz，该天线的反射系数小于-10dB，覆盖各国UHF RFID频段。天线在842.5MHz的xoz和yoz面的方向图如图4所示，其辐射具有全向性，运用到实际中可以使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5所示，在840-960MHz，天线增益范围为3～3.9dBi。
本发上述方案虽然结合附图对本实用新型专利的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型专利保护范围进行限制，在本实用新型专利的技术方案基础上所做的非创造性的修改或变形，都在本实用新型专利保护范围内。

Claims (3)

1.一款超高频射频识别抗金属标签天线，该天线由介质基板上表面天线结构、介质基板、金属化过孔、金属地四个部分构成，其特征是介质基板上表面天线结构包括矩形馈线、领结型偶极子天线和矩形开口环结构，金属地位于介质基板下表面，领结型偶极子天线与金属地通过金属化过孔连接，标签芯片通过矩形馈线给领结型偶极子天线馈电，领结型偶极子天线上下两侧分别设有矩形开口环结构，矩形开口环结构通过与领结型偶极子天线耦合提高了天线增益。
2.根据权利要求1所述的超高频射频识别抗金属标签天线，其特征在于：调节领结型偶极子天线部分的总长度以及领结型偶极子天线中梯形部分与矩形部分的比例，可使标签天线与标签芯片达到共轭匹配。
3.根据权利要求1所述的超高频射频识别抗金属标签天线，其特征在于：领结型偶极子天线左右两臂通过金属化过孔连接金属地，减小金属对天线的影响，从而实现抗金属。
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