一種rfid標籤天線的製作方法

2023-08-12 21:31:36

專利名稱：一種rfid標籤天線的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線射頻識別領域，特別涉及一種RFID標籤天線。
背景技術：
射頻識別技術(RFID)，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信。RFID系統主要包括閱讀器和標籤兩部分；標籤由標籤天線和晶片組成。通常RFID系統有兩種工作模式，一是適用於低頻、高頻的電磁耦合模式；另一種是適用於超高頻、微波波段的反向散射調製模式。從標籤供電方式看，可分為有源式標籤，無源式標籤和半無源式標籤三類。從標籤天線的類型上看，可分為偶極子天線、微帶天線和縫隙天線等等。標籤晶片由於其內部結構，一般具有復阻抗，實部約為O Ω到80Ω左右，虛部一般約為-400 Ω到-100 Ω左右。這與設計輸入阻抗為50Ω或75Ω的天線相比，增加了匹配難度。應用於超高頻段(860MHz-960MHz)的RFID標籤，一般採用反向散射調製模式。晶片一般工作在短路和匹配兩種狀態之間，並將這兩種工作狀態的電磁散射分別定義為二進位的I和O。晶片通過兩種狀態的轉換，將其內部數據流信息，調製為數字I和O進行通信。此原理類似於通信原理中的ASK調製。通常一個標籤天線能否準確地將晶片內部的數據信息調製發射，取決於閱讀器對這兩種狀態的區分程度，又稱調製比。反向散射的原理基礎是調製RCS。根據雷達原理，當電磁波被大小超過波長一般的物體所反射時，物體發射電磁波的效率可由其反射橫截面(RCS)來體現。故可用晶片兩種工作狀態的反射截面的差值ARCS來反應調製比會更直觀。目前，大多數RFID標籤天線的設計者都只注重匹配和增益的設計，因為根據friis公式，功率傳輸係數和增益是影響RFID識別距離的最直觀參數。當然小部分設計者，也會考慮查看天線的匹配和短路兩種狀態下ARCS，但還僅僅限於查看階段，並沒有把ARCS的最大化作為設計標籤天線的一個重要指標，這就不能保證標籤天線有最大調製比。隨著，RFID應用領域不斷擴展，人們對準確有效地識別晶片的攜帶信息，提高晶片可讀性能的要求也越來越高。因此，晶片在匹配和短路兩種狀態轉換時，設計標籤的回波差值ARCS達到極值，將有著不容忽視的意義。
發明內容針對現有技術的不足，本實用新型提供了一種RFID標籤天線。該RFID標籤天線為單面結構，介質基板選用RF-4板材，導電材料使用金屬銅；RFID標籤天線由一對主輻射體、一個諧振匹配單元和兩根饋線組成。所述的主輻射體對稱設置在諧振匹配單元兩側，所述的諧振匹配單元通過兩根饋線與晶片連接。所述的主輻射體呈凹口狀，其靠近RFID標籤天線中心的一邊上部內凹，該邊同時與諧振匹配單元和饋線連接。所述的諧振匹配單元呈Π型，諧振匹配單元的橫邊與兩側的主輻射體不相連；諧振匹配單元的縱邊與饋線連接。RFID標籤天線包覆有薄型透明材料，用於防止RFID標籤天線被損壞。本實用新型的有益效果利用本實用新型設計的RFID標籤天線，在RFID系統中應用，使得整個RFID閱讀器對I和O的區分程度最好，調製比最大，閱讀器的讀取誤碼率也將達到最低，提聞了可讀性指標。

圖I是本實用新型的RFID標籤天線的實施例的組成結構示意圖。圖2是圖I中RFID標籤天線與晶片Monza4共軛匹配時，回波損耗的仿真圖形。圖3是圖I中標籤天線饋電埠阻抗設為_jl43 Ω，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波頻率變化的仿真圖形。·圖3 Ca)是圖I中標籤天線饋電埠阻抗設為1·143Ω，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形。圖3 (b)是圖I中標籤天線饋電埠阻抗設為11-]·143Ω，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形。圖4是圖I中標籤天線饋電埠阻抗設為1_145Ω (等價於I. 2pF電容)，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波頻率變化的仿真圖形。圖4 (a)是圖I中標籤天線饋電埠阻抗設為-」145Ω (等價於I. 2pF電容),入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形。圖4 (b)是圖I中標籤天線饋電埠阻抗設為10-」145Ω (等價於10 Ω電阻和I. 2pF電容串聯)，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形。圖5是標準喇叭天線的回波損耗測量圖形。圖5 Ca)是圖I中標籤天線饋電埠焊接I. 2pF貼片電容後，放在距離標準天線不遠處，標準天線的回波損耗測量圖形。圖5 (b)是圖I中標籤天線饋電埠串聯10 Ω貼片電阻和I. 2pF貼片電容後，放在距離標準天線不遠處，標籤天線的回波損耗測量圖形。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的各實施例做詳細的說明所述實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本實用新型的保護範圍不限於下述的實施例。參見圖1，RFID標籤天線該RFID標籤天線為單面結構，介質基板I選用FR-4板材，導電材料使用金屬銅；RFID標籤天線由一對主輻射體、一個諧振匹配單元和兩根饋線組成。所述的主輻射體2-1和2-2對稱設置在諧振匹配單元3的兩側，主輻射體2-1和2-2均經過四次矩形彎折，由五條彎折線組成；所述的諧振匹配單元3通過兩根饋線(4-1和4-2)與晶片5連接；所述的主輻射體2-1和2-2均呈凹口狀，其靠近RFID標籤天線中心的一邊上部內凹，該邊同時與諧振匹配單元3和饋線(4-1和4-2)連接；所述的諧振匹配單元3呈Π型，諧振匹配單元3的橫邊與兩側的主輻射體不相連，諧振匹配單元3的縱邊與饋線(4-1和4-2)連接；RFID標籤天線包覆有薄型透明材料6，用於防止RFID標籤天線被損壞。[0025]首先，需要說明本實用新型RFID標籤天線是使用HFSSll電磁仿真軟體設計的，在915MHz頻率條件下，晶片的輸入阻抗參考Monza4的單端模式阻抗ll_jl43 Ω。參見圖2，是所述標籤天線與晶片共軛匹配時的回波損耗。其中，介質基板厚度為Imm ;主輻射體2-1的五條彎折線的總長為63. 8mm ;諧振匹配單元3的橫邊長為44mm，縱邊長為I. 7mm ;諧振匹配單元3的橫邊與主輻射體最外側邊間距是O. 975mm ;所述標籤天線，除饋線4-1和4-2寬度為Imm之外，其他所有線寬均為2mm。另外，由於主輻射體的四次彎折，以及所採用Π型結構的諧振匹配單元，在不同厚度、不同介電常數的介質基板上調節結構的各個尺寸，可以很方便地設計天線和較多晶片匹配。參見圖3，是圖I中標籤天線饋電埠阻抗設為1·143Ω，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波頻率變化的仿真圖形，即指晶片短路狀態。從圖中可以看出，標籤在915MHz頻點單站RCS最大，得出結論此時標籤諧振，回波最大。參見圖3 (a)，是圖I中標籤天線饋電埠阻抗設為_jl43，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形；參見圖3 (b)，是圖I中標籤天線饋電·埠阻抗設為11-j 143 Ω，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形。從圖3 (a)和圖3 (b)中我們可以計算得出晶片兩種工作狀態的仿真ARCS約為7. 5dB。其次，為了實物測量ARCS，需要對晶片的短路和匹配兩種狀態的阻抗做一個近似入射頻率為915MHz時，選用工程上存在的I. 2pF電容(阻抗為-jl45 Ω )代替晶片的短路狀態(阻抗為1·143Ω);選用10 Ω電阻和1.2pF電容串聯(阻抗為10_jl45 Ω )，來替代晶片的匹配狀態(阻抗為11-j 143 Ω )，參見圖4,是圖I中標籤天線饋電埠阻抗設為-」145Ω (等價於I. 2pF電容),入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波頻率變化的仿真圖形，即指晶片短路狀態。從圖中可以看出，標籤仍約在915MHz頻點單站RCS最大，得出結論此時標籤諧振，回波最大。證明在入射波頻率為915MHz的條件下，埠阻抗設置可以選用-」145Ω替代-」143Ω進行實物測量。參見圖4(a)，是圖I中標籤天線饋電埠阻抗設為1_145Ω(等價於I. 2pF電容)，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形；參見圖4 (b)，是圖I中標籤天線饋電埠阻抗設為10-」145Ω (等價於10 Ω電阻和I. 2pF電容串聯)，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形。從圖4(a)和圖4(b)中我們可以計算得出工程電阻和電容近似後，晶片兩種工作狀態的仿真ARCS約為6. 5dB。最後給出RFID標籤間接測量ARCS的方案在微波暗室中，將短路和匹配兩個狀態的標籤天線，分別置於離標準喇叭天線相同距離的地方，用矢量網絡分析儀觀察兩種狀態下，標準天線回波損耗的差值，即可體現晶片處於短路和匹配時標籤回波差值ARCS。並基於本實用新型公開的標籤天線，給出ARCS仿真和測量的對比結果。參見圖5，標準喇叭天線的回波損耗。參見圖5 (a)，是圖I中標籤天線饋電埠焊接I. 2pF貼片電容後，放在距離標準天線不遠處，標準天線的回波損耗測量圖形；參見圖5 (b)，是圖I中標籤天線饋電埠串聯10Ω貼片電阻和I. 2pF貼片電容後，放在距離標準天線不遠處，標籤天線的回波損耗測量圖形。從圖5 (a)和圖5 (b)中我們可以計算得出工程電阻和電容近似後，晶片兩種工作狀態的測量回波差值ARCS約為6dB。綜上所述，本實用新型公開的標籤天線，在晶片阻抗經過工程近似之後仿真的ARCS為6. 5dB ;測量的ARCS為6dB。仿真和測量結果存在一定的誤差，這是由天線加工損耗、天線外部透明包層等不確定因素所造成的，但是主要性能趨勢仍是存在的，可以說明該 測量方案的可行性。
權利要求1.一種RFID標籤天線，其特徵在於該RFID標籤天線為單面結構，介質基板選用RF-4板材，導電材料使用金屬銅；RFID標籤天線由一對主輻射體、一個諧振匹配單元和兩根饋線組成； 所述的主輻射體對稱設置在諧振匹配單元兩側，所述的諧振匹配單元通過兩根饋線與晶片連接； 所述的主輻射體呈凹口狀，其靠近RFID標籤天線中心的一邊上部內凹，該邊同時與諧振匹配單元和饋線連接； 所述的諧振匹配單元呈Π型，諧振匹配單元的橫邊與兩側的主輻射體不相連；諧振匹配單元的縱邊與饋線連接； RFID標籤天線包覆有薄型透明材料,用於防止RFID標籤天線被損壞。
專利摘要本實用新型涉及一種RFID標籤天線。本實用新型的RFID標籤天線由一對主輻射體、一個諧振匹配單元和兩根饋線組成。主輻射體對稱設置在諧振匹配單元兩側，諧振匹配單元通過兩根饋線與晶片連接；主輻射體呈凹口狀，其靠近RFID標籤天線中心的一邊上部內凹，該邊同時與諧振匹配單元和饋線連接；諧振匹配單元呈Π型，諧振匹配單元的橫邊與兩側的主輻射體不相連；諧振匹配單元的縱邊與饋線連接。利用本實用新型設計的RFID標籤天線，在RFID系統中應用，使得整個RFID閱讀器對1和0的區分程度最好，調製比最大，閱讀器的讀取誤碼率也將達到最低，提高了可讀性指標。
文檔編號H01Q1/38GK202585712SQ20122027230
公開日2012年12月5日 申請日期2012年6月11日 優先權日2012年6月11日
發明者官伯然, 張麗豔, 張書俊, 陳斌, 李均 申請人:杭州電子科技大學