一種微型嵌入式超高頻射頻識別抗金屬標籤天線的製作方法

2023-04-28 07:01:26 3

專利名稱：一種微型嵌入式超高頻射頻識別抗金屬標籤天線的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及射頻識別技術領域，尤其涉及一種微型嵌入式超高頻射頻 識別抗金屬標籤天線。
背景技術：
射頻識別(Radio frequency identification,簡稱RFID)是一種利用射頻讀取 標籤的自動識別技術。射頻識別系統一般由閱讀器(Reader)和標籤(Tag)組 成，閱讀器通過射頻讀取標籤上的信息。與傳統條形碼相比，其具有讀取距離 遠、讀取速度快、非可視識別、支持快速讀寫等優點；射頻識別技術與網際網路、 無線通信網絡等技術相結合，可實現全球範圍內物品的跟蹤與信息共享，在物 流供應鏈、生產自動化、公共信息服務、交通管理及軍事應用等眾多領域具有 廣闊的應用空間。射頻識別系統主要工作在低頻、高頻、超高頻及微波等頻段。 低頻與高頻射頻識別系統主要利用電感耦合完成識別功能，讀取距離較近。超 高頻與微波頻段射頻識別系統通過電磁波傳播來讀取數據，具有較遠的讀取距 離。其中，超高頻由於讀取距離遠、成本低而有望在物流及交通領域獲得廣泛 應用。 一般說的射頻識別技術即指超高頻射頻識別技術。
在相當一部分超高頻射頻識別應用中，需要將標籤粘貼於金屬物體表面， 譬如汽車、鋼瓶、貨櫃等等。由於普通標籤無法應用於金屬表面，需要採 用特殊設計的標籤，稱為抗金屬標籤或金屬標籤。 一般的抗金屬標籤採用微帶 貼片天線或平面倒F天線作為標籤天線，可以將金屬表面作為天線的地平面。 但是，普通抗金屬標籤天線都需要貼在金屬表面，天線的部分體積突出於金屬 表面。而在實際應用中，有時需要將標籤嵌入到金屬物體的凹槽之中，以便安 裝與使用。而且有些金屬物體，本身體積就很小，這就要求嵌入的標籤具有微 型特徵。
實用新型內容
本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種微型嵌入式超高頻射 頻識別抗金屬標籤天線。
本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的本實用新型微型嵌入式 超高頻射頻識別抗金屬標籤天線，包括陶瓷基片、金屬輻射面、金屬側面、金 屬地平面、金屬短路線、過孔、第一饋線、第二饋線、射頻識別晶片和饋電板。 其中，陶瓷基片為圓柱形，中心為過孔，金屬輻射面位於陶瓷基片上表面，金
3屬地平面位於陶瓷基片下表面，金屬側面位於陶瓷基片的圓柱形側面，金屬輻 射面通過金屬短路線與金屬側面相連，金屬側面與金屬地平面相連。第一饋線、 第二饋線與射頻識別晶片都位於饋電板上，饋電板位於過孔中，第一饋電上端 與金屬輻射面相連，下端與射頻識別晶片相連，第二饋電上端與射頻識別晶片 相連，下端與金屬地面相連。
進一步地，所述金屬輻射面為圓形平板，與陶瓷基片上表面為同心圓，金 屬輻射面的半徑小於陶瓷基片的圓形上表面。所述金屬地平面為圓形平板，與 陶瓷基片下表面為同心圓，且半徑相等。所述金屬側面與陶瓷基片的側面形狀、
面積一致。所述與陶瓷基片的介電常數範圍為10~100。
本實用新型的有益效果是本實用新型的微型嵌入式超高頻射頻識別抗金 屬標籤天線體積小巧，並且可以嵌入到金屬物體內部，從而實現小型金屬物件 的管理與標識。

圖1是微型嵌入式微型超高頻射頻識別抗金屬標籤天線結構示意圖2是微型嵌入式微型超高頻射頻識別抗金屬標籤天線分解示意圖3是微型嵌入式微型超高頻射頻識別抗金屬標籤天線饋電板示意圖4是微型嵌入式微型超高頻射頻識別抗金屬標籤天線嵌入螺栓應用示意
圖5是微型嵌入式微型超高頻射頻識別抗金屬標籤天線嵌入螺栓示例的阻 抗曲線圖6是微型嵌入式微型超高頻射頻識別抗金屬標籤天線嵌入螺栓示例的返 回損耗曲線圖中陶瓷基片1、金屬輻射面2、金屬側面3、金屬地平面4、金屬短路 線5、過孔6、第一饋線7、第二饋線8、射頻識別晶片9、饋電板IO。
具體實施方式
超高頻射頻識別標籤為無源標籤， 一般由標籤天線與標籤晶片組成。標籤 天線與標籤晶片都為復阻抗。標籤從閱讀器天線發射的詢問信號中獲取能量及 詢問指令。當標籤獲得足夠的能量時，標籤晶片被激活。標籤晶片被激活後， 其根據閱讀器的詢問指令進行相應動作，並通過反向散射調製來發射數據。對 超高頻射頻識別標籤而言，在如何設計標籤天線以獲得足夠的能量激活標籤芯 片最為重要。對於嵌入式抗金屬標籤天線， 一方面需要天線具有較好的輻射性 能，另一方面則需要標籤天線與標籤晶片阻抗匹配，以讓實現最大能量傳輸。本實用新型通過採用短接的電容板天線實現微型嵌入式抗金屬標籤天線的 設計。以下以能夠嵌入金屬螺栓體內的超高頻射頻識別微型嵌入式抗金屬標籤 天線為實施方案並結合附圖對本實用新型做詳細的說明。
如圖l、 3所示，本實用新型微型嵌入式微型超高頻射頻識別抗金屬標籤天 線包括陶瓷基片l、金屬輻射面2、金屬側面3、金屬地平面4、金屬短路線5、 過孔6、第一饋線7、第二饋線8、射頻識別晶片9和饋電板10。陶瓷基片1為 圓柱形，中心為過孔6，金屬輻射面2位於陶瓷基片1上表面，金屬地平面4位 於陶瓷基片1下表面，金屬側面3位於陶瓷基片1的圓柱形側面，金屬輻射面2 通過金屬短路線5與金屬側面3相連，金屬側面3與金屬地平面4相連，第一 饋線7、第二饋線8、射頻識別晶片9和饋電板10都位於過孔6之中，第一饋 電7上端與金屬輻射面2相連，下端與射頻識別晶片9相連，第二饋電8上端 與射頻識別晶片9相連，下端與金屬地面4相連。
如圖2、 3所示，所述的金屬輻射面2為圓形平板，與圓柱形陶瓷基片l上 表面為同心圓，但金屬輻射面2的半徑小於陶瓷基片1的圓形上表面的半徑。 金屬地平面4為圓形平板，與圓柱形陶瓷基片l下表面為同心圓，且半徑相等。 金屬側面3與陶瓷基片1的側面形狀、面積一致，下端連接陶瓷基片1的下表 面，上端連接陶瓷基片1的上表面。過孔6位於陶瓷基片1的中軸線上。第一 饋線7、第二饋線8、射頻識別晶片9位於饋電板10上，饋電板10位於過孔6 之中。陶瓷基片1的介電常數範圍為10~100。
如圖3所示，第一饋線7、第二饋線8、射頻識別晶片9位於饋電板10上， 射頻識別晶片9位於第一饋線7和第二饋線8之間，射頻識別晶片9的介電引 腳與第二饋線8連接，射頻識別晶片9的輻射引腳與第一饋線7連接。
對於超高頻射頻識別標籤，其射頻識別晶片9 一般是復阻抗。為了實現天 線與晶片的最大能量傳輸，則需要天線的輸入阻抗與晶片阻抗共軛匹配，這就 要求天線輸入阻抗的實部和虛部都具有靈活的調節的能力。對於本實用新型的 標籤天線，其屬於電容板天線的變形，圓形金屬輻射面2即為實現電荷聚集以 獲得較大輻射電阻的金屬板，通過金屬短路線5可以實現其電小天線的諧振電 路。通過調節金屬短路線5的長度和寬度可以改變諧振電路的電感值，從而改 變其諧振頻率；調節金屬輻射面2的半徑及陶瓷基片1的介電常數可以改變電 路的電容值，同時也改變諧振頻率。增加金屬短路線5的電感值可以增加天線 的電抗，降低諧振頻率，而增加金屬輻射面2的電容值則可以降低天線的電抗， 同時也降低諧振頻率。因此，通過合理改變天線的金屬短路線5和金屬輻射面2 的尺寸及陶瓷基片1的介電常數，則可以較好的實現天線諧振頻率的控制及天線與晶片的阻抗共軛匹配。
饋電板10可以採用普通FR4印製板，第一饋線7、第二饋線8可以為FR4 印製板上覆銅，射頻識別晶片9可以採用TI(Texas Instruments)公司的 RIJJHF—00001—01型號超高頻RFID標籤晶片。 實施例1
取陶瓷基片1相對介電常數為39，損耗角正切小於為0.001，厚度為4mm, 半徑為5.8mm，過孔6的半徑為0.6mm，金屬輻射面2的半徑為4.8mm，金屬 短路線5的寬度為0.8mm，第一饋電7的長度為1.5mm，第二饋電8的長度為 1.5mm，射頻識別晶片9的長度為lmm，饋電板10的長度為4mm，寬度為1.2mm， 射頻識別晶片9的阻抗為10-j60Q。通過電磁場仿真，天線的阻抗曲線、返回損 耗曲線分別如圖5與圖6。由圖5與圖6可知，天線的輸入阻抗在中國超高頻射 頻識別的頻帶範圍920MHz 925MHz能夠與射頻識別晶片的阻抗較好的實現共 軛匹配。
在實際應用中，如圖4所示，可以在螺栓的頭部設計一個與標籤天線形狀 吻合或稍微大些的凹槽，將該微型嵌入式抗金屬標籤嵌入在凹槽之中，金屬輻 射面2可以與被嵌入金屬體的表面平齊，金屬側面3可以緊貼被嵌入金屬體的 凹槽壁，金屬地平面4緊貼被嵌入金屬體的凹槽底。採用符合ISO18000-6C的 射頻識別閱讀器即可以讀寫該標籤的信息。
上述方案只是本實用新型的一種具體實施方式
，在符合本實用新型的特徵 下可以有多種不同應用方案，但這些應用方案只要符合本實用新型的特徵，都 應屬於本實用新型的權利保護範圍。
權利要求1.一種微型嵌入式超高頻射頻識別抗金屬標籤天線，其特徵在於，包括陶瓷基片(1)、金屬輻射面(2)、金屬側面(3)、金屬地平面(4)、金屬短路線(5)、過孔(6)、第一饋線(7)、第二饋線(8)、射頻識別晶片(9)和饋電板(10)；其中，陶瓷基片(1)為圓柱形，中心為過孔(6)，金屬輻射面(2)位於陶瓷基片(1)上表面，金屬地平面(4)位於陶瓷基片(1)下表面，金屬側面(3)位於陶瓷基片(1)的圓柱形側面，金屬輻射面(2)通過金屬短路線(5)與金屬側面(3)相連，金屬側面(3)與金屬地平面(4)相連；第一饋線(7)、第二饋線(8)與射頻識別晶片(9)都位於饋電板(10)上，饋電板(10)位於過孔(6)中，第一饋電(7)上端與金屬輻射面(2)相連，下端與射頻識別晶片(9)相連，第二饋電(8)上端與射頻識別晶片(9)相連，下端與金屬地面(4)相連。
2. 根據權利要求l所述微型嵌入式超高頻射頻識別抗金屬標籤天線，其特 徵在於，所述金屬輻射面(2)為圓形平板，與陶瓷基片(1)上表面為同心圓， 金屬輻射面(2)的半徑小於陶瓷基片(1)的圓形上表面。
3. 根據權利要求1所述微型嵌入式超高頻射頻識別抗金屬標籤天線，其特 徵在於，所述金屬地平面(4)為圓形平板，與陶瓷基片(1)下表面為同心圓， 且半徑相等。
4. 根據權利要求l所述微型嵌入式超高頻射頻識別抗金屬標籤天線，其特 徵在於，所述金屬側面(3)與陶瓷基片(1)的側面形狀、面積一致。
5. 根據權利要求l所述微型嵌入式超高頻射頻識別抗金屬標籤天線，其特 徵在於，所述陶瓷基片(1)的介電常數範圍為10~100。
專利摘要本實用新型公開了一種微型嵌入式超高頻射頻識別抗金屬標籤天線，包括陶瓷基片、金屬輻射面、金屬側面、金屬地平面、金屬短路線、過孔、第一饋線、第二饋線、射頻識別晶片和饋電板；本實用新型體積小巧，並且可以嵌入到金屬物體內部，從而實現小型金屬物件的管理與標識。
文檔編號G06K19/07GK201425966SQ20092011830
公開日2010年3月17日 申請日期2009年4月23日 優先權日2009年4月23日
發明者傑 梅, 羅佳駒, 莫凌飛 申請人:杭州傑競科技有限公司