一種雙頻RFID標籤微帶天線的製作方法
2023-06-12 13:25:26
本實用新型屬於RFID技術領域，具體涉及一種可在金屬表面工作的RFID雙頻電子標籤的微帶天線。
背景技術：
RFID(Radio Frequency Identification)技術，又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標並讀寫相關數據，無需在識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。可以在物流，醫療器械管理，物資使用，圖書管理，動物識別，生產裝配等領域廣泛的使用。RFID系統一般包括電子標籤、讀寫器以及應用軟體三部分組成。電子標籤用來存儲被標識物體的身份信息。讀寫器與電子標籤進行無線通信，可以實現對標籤中數據信息的寫入和讀取，應用軟體把讀寫器收集的數據進行分析處理。電子標籤中是整個系統中的關鍵部件，而標籤天線的性能很大程度上決定著標籤的性能，包括可讀寫距離，一致性等。電子標籤的天線主要有偶極子天線、微帶天線、平面倒F天線、平面L天線等多種類型，應用於不同的場合。
目前已有的可在金屬表面工作的標籤微帶天線(以下稱金屬標籤天線)主要因為基於微帶天線設計，但現有技術的標籤微帶天線使用的頻率帶寬有限，一般為0.5％-2％。而目前各國RFID使用的頻段差別很大，比如，美國902MHz-928MHz，歐洲865MHz-868MHz，日本950MHz-960MHz以及中國920MHz-925MHz，因此，採用現有的金屬標籤天線製作的標籤只能工作於某一頻段，而不能同時工作於兩種不用的頻段。如果要同時使用歐洲頻段以及美國頻段只能使用2個不同的電子標籤，這無異於增加了成本以及縮小的標籤的使用範圍，同時，也不利於商品流通，不符合當前全球化的發展趨勢。
技術實現要素：
本實用新型旨在提出一種雙頻RFID標籤微帶天線，可以在金屬面上工作的，並能使窄帶的標籤天線工作於兩種不用的頻段。
為了克服現有技術的缺陷，本實用新型的技術方案為：
一種雙頻RFID標籤微帶天線，包括長方體的介質陶瓷塊(11)，所述介質陶瓷塊(11)上表面和下表面分別設置上電極(12)和下電極(13)，所述上電極(12)、介質陶瓷塊(11)和下電極(13)之間形成諧振體，所述上電極(12)為諧振電極，所述下電極(13)為天線的地；所述介質陶瓷塊(11)的一個側面上設有用於與外部電路連接的第一饋電電極(14)和第二饋電電極(15)，所述第一饋電電極(14)和第二饋電電極(15)中間設有一條縫隙(16)，所述第二饋電電極(15)與下電極(13)電氣相連，所述第一饋電電極(14)與上電極(12)通過連接電極(18)電氣連接；
所述上電極(12)為正方形；在所述上電極(12)的對角線中設有一饋電槽(17)；所述饋電槽(17)用於產生兩個正交極化簡併模，根據實際工作頻率設置所述饋電槽(17)大小從而能夠分立兩個簡併模得到需要的2個工作頻率。
優選地，所述饋電槽(17)為橢圓形槽、矩形或菱形。
優選地，所述的介質陶瓷塊(11)採用介電常數為6～160的的微波介質陶瓷。
優選地，所述的介質陶瓷塊(11)為BaO-PbO-Nd2O3-TiO2系列微波材料或CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系列微波材料。
優選地，所述饋電槽(17)產生的兩個正交極化簡併模幅度相等。
採用本實用新型的技術方案，以一種簡單的方式實現雙頻RFID標籤微帶天線，通過調整上電極的尺寸，連接電極以及中間橢圓形槽長軸，就能使工作的兩個頻率達到與標籤晶片阻抗的共軛匹配。
附圖說明
圖1為本實用新型雙頻RFID標籤微帶天線的結構圖。
圖2為本實用新型雙頻RFID標籤微帶天線的在非金屬表面工作測試圖。
圖3為本實用新型雙頻RFID標籤微帶天線的在金屬表面工作測試圖。
具體實施方式
參見圖1，所示為本實用新型雙頻RFID標籤微帶天線的結構圖，此標籤天線基於微帶天線設計，從而能夠在金屬面上工作。具體包括長方體的介質陶瓷塊(11)，介質陶瓷塊(11)上表面和下表面分別設置上電極(12)和下電極(13)，上電極(12)、介質陶瓷塊(11)和下電極(13)之間形成諧振體，上電極(12)為諧振電極，下電極(13)為天線的地；介質陶瓷塊(11)的一個側面上設有用於與外部電路連接的第一饋電電極(14)和第二饋電電極(15)，第一饋電電極(14)和第二饋電電極(15)中間設有一條縫隙(16)，第二饋電電極(15)與下電極(13)電氣相連，第一饋電電極(14)與上電極(12)通過連接電極(18)電氣連接。
此標籤天線中的介質陶瓷塊(11)的上電極(12)需要為規則的正方形。上電極(12)的長寬與天線的兩個工作頻率有關，設2個頻率的中心頻率為f0，則正方形的邊長L為：
其中L為上電極的邊長，εr為介質陶瓷塊的介電常數。
同時，根據微帶天線的空腔模理論，一個形狀規則的微帶天線，在對稱線上饋電，會產生兩個幅度相等的正交極化簡併模。在上電極(12)的對角線中設有一饋電槽(17)；饋電槽(17)用於產生兩個幅度相等的正交極化簡併模，根據實際工作頻率設置饋電槽(17)大小從而能夠分離兩個簡併模得到需要的2個工作頻率。對於分離出的2個頻率模工作於TM01模以及TM10兩個模的等效阻抗相角會有滯後和超前，所以兩個標籤天線實際工作輻射的為橢圓極化波。比如為設計同時適用歐洲頻段和中國頻段的RFID標籤天線，首先確定中心頻率，選擇歐洲頻率為868MHz，中國頻率為920MHz，則中心頻率為894MHz，根據上述公式(1)便可以獲得上電極(12)的尺寸。然後，通過調節饋電槽(17)的大小決定最終工作在哪兩個頻率上，也即饋電槽(17)的大小決定2個簡併模的分離程度，從而實現雙頻工作。在實際中，饋電槽(17)的設計是HFSS軟體仿真得到，然後根據實際測試效果進行微調。參見圖2和圖3，所示為本實用新型雙頻RFID標籤微帶天線分別在非金屬表面和金屬表面工作的測試圖，從圖2和圖3中可以看出，均實現了雙頻分離。
在一種優選實施方式中，在上表面沿對角線加橢圓形槽(也可以使矩形，菱形)，可以使2個簡併正交模的頻率分離。選擇大小合適的槽就可以分離出需要的2個頻率。
在一種優選實施方式中，RFID標籤天線中的介質陶瓷塊(11)可以由介電常數為6～160的的微波介質陶瓷製作，例如BaO-PbO-Nd2O3-TiO2系列微波材料或CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系列微波材料。
實際使用中，如果讀寫器天線為線極化，那麼此標籤天線在xz和yz方向上都可以被讀取到，但讀寫距離會低於現有的標籤天線讀寫距離。根據具體設計的不同，體現的差別會有區別，使用的介質陶瓷介電常數越高，此差別越小。
以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護範圍內。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。