一種小型、可調形狀的雙環形超高頻rfid標籤天線的製作方法

2023-10-11 07:08:09

專利名稱：一種小型、可調形狀的雙環形超高頻rfid標籤天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種射頻識別電子標籤，尤其是小型化、全向性、可調形狀的電子標籤。
背景技術：
射頻識別(Radio Frequency Identification,簡稱RFID)技術是一種通過無線射頻方式進行非接觸式雙向數據通信，從而對目標加以識別的技術。射頻識別系統通常由閱讀器和電子標籤組成。電子標籤由標 籤晶片和標籤天線組成，通過電磁波與讀寫器進行數據交換，具有智能讀寫和加密通信等功能。標籤天線是RFID系統中至關重要的組成部分，RFID系統通過標籤天線發射、接收電磁波，從而實現閱讀器對電子標籤的識別。射頻識別系統主要工作在低頻、高頻、超高頻和微波頻段。其中，工作在超高頻(UHF)頻段的射頻識別系統由於具有體積小、讀取距離遠、數據傳輸速率高等優點而受到廣泛關注和研究。目前，超高頻標籤天線多採用單面彎折偶極子結構，通過不同方法優化彎折形狀來達到減小體積和提高性能等目標，但是，這種基於彎折偶極子結構的標籤天線體積仍然較大，性能也不夠好，需要採用其它原理和結構來進一步改進。

發明內容
本發明的目的是將一種源於MNG (Mu-Negative)材料的近場諧振寄生結構-開
口環引入超高頻標籤天線的設計中，設計一種區別於傳統彎折偶極子天線的新型標籤天線結構，從而實現使標籤天線進一步小型化並且具有較高性能的目標。採用本發明所述結構的標籤天線體積超小，並且具有很高的效率和全向性以及廣泛的適用性，只需簡單調節就可應用於其它標籤晶片和工作頻率，並且可以根據不同應用環境，對標籤形狀進行調整，例如:圓形、矩形、橢圓形等。本發明提供了一種解決標籤天線進一步小型化問題的方法，特別適合在需要標籤天線小型化、全向性和對標籤形狀有特殊要求的領域進行應用。本發明的技術方案為:一種小型、可調形狀的雙環形超高頻RFID標籤天線，其特徵在於，所述標籤天線包括:雙環形導體結構、基板、RFID標籤晶片；所述RFID標籤晶片與所述雙環形導體結構中的內環相連。所述天線採用雙環形導體結構，內環和外環可以位於所述基板同一面或者正反面。所述雙環形導體結構的內環與所述RFID標籤晶片相連，構成一個閉合環。所述雙環形導體結構的外環包圍內環，外環上有一倒Z形或Z形的缺口。所述雙環形導體結構的內環和外環可以為矩形、圓形等環狀形式。所述RFID標籤晶片和內環所構成的閉合環在所述基板上的位置可以調整。本發明的有益效果是:通過在遠小於工作波長的貼片磁偶極子附近引入源於MNG材料的開口環結構，提出了一種小型、可調形狀的雙環形超高頻RFID標籤天線結構，使標籤天線總體積得到進一步減小，不僅具有較好的性能，而且可以根據不同的需求，調整標籤形狀。雙環形結構的內環和外環間沒有直接的電氣連接，通過耦合傳遞電流，通過調整電小貼片磁偶極子即內環和外環結構的各邊長度和線寬，以及倒Z形或Z形缺口的各邊大小可以實現對標籤天線的輸入阻抗實部和虛部的調整，以實現與標籤晶片的共軛匹配，以Monza4晶片為例，標籤天線所需實現的輸入阻抗為11+」143Ω。


下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。圖1是本發明工作於915MHz時的優選實施例(矩形環)的三維結構示意圖。圖2是本發明工作於915MHz時的優選實施例(矩形環)的雙環形結構示意圖。圖3是本發明工作於915MHz時的優選實施例(矩形環)的Sll參數仿真圖。圖4是本發明工作於915MHz時的優選實施例(矩形環)的輸入阻抗(理想無耗)仿真圖。圖5是本發明工作於915MHz時的優選實施例(矩形環)的輸入阻抗(銅)仿真圖。圖6是本發明工作於915MHz時的優選實施例(矩形環)的增益(理想無耗)仿真圖。圖7是本發明工作於915MHz時的優選實施例(圓形環)的三維結構示意圖。圖8是本發明工作於915MHz時的優選實施例(圓形環)的雙環形結構示意圖。圖9是本發明工作於915MHz時的優選實施例(圓形環)的Sll參數仿真圖。圖10是本發明工作於915MHz時的優選實施例(圓形環)的輸入阻抗(理想無耗)仿真圖。圖11是本發明工作於915MHz時的優選實施例(圓形環)的輸入阻抗(銅)仿真圖。圖12是本發明工作於915MHz時的優選實施例(圓形環)的增益(理想無耗)仿真圖。圖13是本發明工作於915MHz時的一種矩形環形式的優選實施例和圓形環形式的優選實施例的外形對 比中，1、內環，2、具有倒Z形缺口的外環，3、基板，4、RFID標籤晶片。
具體實施例方式以下結合說明書附圖及具體實施例進一步說明本發明的技術方案。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。如圖1、2所示，是本發明一種小型、可調形狀的雙環形超高頻RFID標籤天線的矩形環形式的優選實施例結構示意圖。本實施例包括矩形基板3 ( ε r=4.4, y,=l)、RFID標籤晶片4 (本實施例中使用的是Monza4晶片，工作頻率為915MHz時的阻抗為ll_jl43Q )、內環1、具有倒Z形缺口的外環2，通過調整基板3的介電常數和厚度、內環1、外環2以及缺口的尺寸，可以改變標籤天線的輸入阻抗和工作頻率，以滿足所需的參數，本實施例中的標籤天線為一個 32*32*0.8mm3 (0.1*0.1*0.002 λ 3)的小立方體。如圖3所示，是本發明的一種矩形環形式的優選實施例的Sll參數仿真圖，圖中給出了採用理想導體和銅作為天線材料時的Sll參數，由圖可見，採用銅作為材料時的Sll參數與理想導體相比，諧振頻率略有下降，但是整體性能基本一致，-1OdB帶寬均為5MHz左右，滿足中國、日本等國家和地區的標準。如圖4所示，是本發明的一種矩形環形式的優選實施例的輸入阻抗(理想無耗)仿真圖，由圖可見，標籤天線在所設計的915MHz頻率上的輸入阻抗為10.9+143.5Ω，與標籤晶片的11-143 Ω形成了良好的共軛匹配。如圖5所示，是本發明的一種矩形環形式的優選實施例的輸入阻抗(銅)仿真圖，由圖可見，標籤天線在所設計的915MHz頻率上的輸入阻抗為14.3+145.6Ω，比理想無耗情況的結果略有上升但差別不大。如圖6所示，是本發明的一種矩形環形式的優選實施例的增益(理想無耗)仿真圖，XOZ面和XOY面參見圖2所示，由圖可見，區別於傳統的偶極子式標籤天線，本發明所述標籤天線的輻射具有很好的全向性，增益最大值與最小值僅相差4dB。如圖7、8所示， 是本發明的一種小型、可調形狀的雙環形超高頻RFID標籤天線的圓形環形式的優選實施例結構示意圖。本實施例包括圓形基板3( Si=Ily1=IhRFIDS籤晶片4 (本實施例中使用的是Monza4晶片，工作頻率為915MHz時的阻抗為ll_jl43Q )、內環1、具有倒Z形缺口的外環2，通過調整基板3的介電常數和厚度、內環1、外環2以及缺口的尺寸，可以改變標籤天線的輸入阻抗和工作頻率，以滿足所需的參數，本實施例中的標籤天線為一個直徑36_ (0.1 λ )、厚度0.8mm (0.002 λ )的小圓柱體。如圖9所示，是本發明的一種圓形環形式的優選實施例的Sll參數仿真圖，圖中給出了採用理想導體和銅作為天線材料時的Sll參數，由圖可見，採用銅作為材料時的Sll參數與理想導體相比，諧振頻率略有下降，但是整體性能基本一致，-1OdB帶寬均為5MHz左右，滿足中國、日本等國家和地區的標準。如圖10所示，是本發明的一種圓形環形式的優選實施例的輸入阻抗(理想無耗)仿真圖，由圖可見，標籤天線在所設計的915MHz頻率上的輸入阻抗為10.3+144.2Ω，與標籤晶片的11-143 Ω形成了良好的共軛匹配。如圖11所示，是本發明的一種圓形環形式的優選實施例的輸入阻抗(銅)仿真圖，由圖可見，標籤天線在所設計的915MHz頻率上的輸入阻抗為14.8+150.4Ω，比理想無耗情況的結果略有上升但差別不大。如圖12所示，是本發明的一種圓形環形式的優選實施例的增益(理想無耗)仿真圖，XOZ面和XOY面參見圖8所示，由圖可見，區別於傳統的偶極子式標籤天線，本發明所述標籤天線的輻射具有很好的全向性，增益最大值與最小值僅相差4.9dB，整體輻射特性與矩形環形式的優選實施例基本相同。如圖13所示，是本發明的一種矩形環形式的優選實施例和圓形環形式的優選實施例的外形對比圖，如圖可見，圓形環形式的優選實施例與矩形環形式的優選實施例尺寸相差不大，性能基本一致，說明本發明所述的標籤天線的外形可以在性能變化不大的情況下，根據不同的應用環境進行方便的調整，如矩形、圓形、橢圓形等。以上僅為本發明的優選實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明內容所做的等效變換，或將本發明直接/間接運用在具體設備或者其它相關的技術領域，均包括在本發明的專利保護範圍內。
權利要求
1.一種小型、可調形狀的雙環形超高頻RFID標籤天線，其特徵在於，所述標籤天線包括:雙環形導體結構、基板、RFID標籤晶片； 所述RFID標籤晶片與所述雙環形導體結構中的內環相連。
2.根據權利要求1所述的標籤天線，其特徵在於，所述天線採用雙環形導體結構，內環和外環可以位於所述基板同一面或者不同面。
3.根據權利要求1或2所述的標籤天線，其特徵在於，所述雙環形導體結構的內環與所述RFID標籤晶片相連，構成一個閉合環。
4.根據權利要求1或2所述的標籤天線，其特徵在於，所述雙環形導體結構的外環包圍內環，外環上有一倒Z形或Z形的缺口。
5.根據權利要求1或2所述的標籤天線，其特徵在於，所述雙環形導體結構的內環和外環可以為矩形、圓形等環狀形式。
6.根據權利 要求1所述的標籤天線，其特徵在於，所述RFID標籤晶片和內環所構成的閉合環在所述基板上的位置可以調整。
全文摘要
本發明公開了一種可調形狀的雙環形超高頻RFID標籤天線，屬於射頻識別技術領域。所述標籤天線在基板一面加工兩個導體環作為天線結構，其中，內環是一個與晶片相連的閉合導體環，外環是一個具有倒Z形缺口的導體環，環的形狀可以是圓形、矩形等其它形狀，而性能變化不大。所述標籤天線可應用於UHF或微波等頻段，以中心頻率為915MHz，晶片採用Monza4為例，採用本發明所述結構的標籤天線尺寸僅為32*32*0.8mm3(0.1*0.1*0.002λ3)，具有很高的效率和全向性以及廣泛的適用性，只需簡單調節就可應用於其它晶片和工作頻率。本發明提供了一種解決標籤天線進一步小型化問題的方法，特別適合在需要標籤天線小型化、全向性和對標籤形狀有特殊要求的領域進行應用。
文檔編號H01Q1/22GK103227361SQ20131010648
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月29日 優先權日2013年3月29日
發明者李莉, 王霖川 申請人:北京郵電大學