射频识别RFID抗金属微带标签天线制造技术

本发明专利技术公开的一种射频识别RFID抗金属微带标签天线，增益高、成本低、读取距离远。本发明专利技术通过下述技术方案实现：辐射贴片、介质基板和金属地板构成一个谐振腔，辐射贴片覆盖矩形槽和固定有与辐射贴片电连接的RFID标签芯片的条形安装缝；U形槽的上方制有第一条形缝隙，左、右侧制有第二条形缝隙和第三条形缝隙；矩形槽的底部制有一凸起，条形安装缝的一端贯穿所述凸起并与所述矩形槽连通，另一端贯穿所述辐射贴片的底部，U形槽两端的缝隙形成的边缘场产生辐射，金属地板、辐射贴片、馈线和接地线构成RFID抗金属微带标签天线。本发明专利技术基于天线的结构及开槽设计，在减小标签的厚度的情况下，保证了标签的性能。保证了标签的性能。保证了标签的性能。

【技术实现步骤摘要】
射频识别RFID抗金属微带标签天线


[0001]本专利技术涉及一种可应用于金属环境的超高频射频识别标签天线，特别是涉及一种射频识别RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)抗金属微带标签天线。

技术介绍

[0002]射频识别RFID系统已经被广泛应用在公共交通、人员身份识别、车辆管理、自动收费、门禁管理等领域。射频识别即RFID(Radio Frequency Identification)技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触的通信技术。RFID技术是利用无线射频方式进行非接触双向通信，也是短程通信技术。它通过射频信号采集和识别目标物的相关信息，以非接触识别和识别速率快等优点而被广泛应用，同时也是物联网传感层里最主要的成员。其基本原理是利用射频信号或电磁场耦合的能量传输特性，实现对物体的自动识别，并交换数据的自动识别技术。RFID技术具有抗干扰能力强、存储信息量大、非接触、使用寿命长、可多标签识别、响应速度快等特点。抗金属标签广泛应用在需要识别各种金属物体的场合，它克服了普通标签放置在金属物体表面时读写距离迅速缩短、工作可靠性大大下降甚至不能正常读写的缺点。在RFID实际的应用中，有相当部分的应用场合都不可避免地要和金属体打交道。通常，电磁波碰到金属体，会因强力的反射作用，破坏了粘贴在其表面的电子标签对读写器的回传信号，致使电子标签很难应用在金属体表面。无源RFID系统通常分为低频(LF)、高频(HF)和超高频(UHF)系统，由读写器、标签和天线三个基本要素构成。金属等环境介质对电磁波有衰减作用，金属表面对电磁波有反射作用，严重影响着UHF无源RFID 系统性能的充分发挥。无源UHF电子标签天线的读写性能，在不同环境下标签的读写性能会受到影响，尤其是当传统标签(普通的超高频电子标签一般采用印制偶极子天线)贴附于金属表面时，标签几乎不被读取。
[0003]普通UHF射频识别RFID标签应用于金属表面时，由于金属的边界条件，标签的读取距离会迅速缩短，甚至不能被读取，标签天线的辐射效率、输入阻抗、增益、方向图等都会受到很大的影响，导致标签的整体性能下降。具体的说是当标签天线靠近金属表面时，由于水平极化波的镜像效益，天线辐射效率将急剧降低所致，使得目前这种工作频率的无源标签无法在具有金属表面的物体上(例如钢质货架、集装箱等)正常工作。
[0004]在超高频(UHF)射频识别标签系统中，金属物载体上贴的标签的识别尤为艰难，原因是金属障碍物会对电磁波产生反射、干扰。目前能有效地解决在金属表面贴附RFID标签的方式，主要有三种方式：第一是采用吸波材料吸收掉多余的电磁波；第二是将标签垫高；第三是接地式天线设计。对于普通无源超高频标签，当其贴在金属表面时，由于标签天线的阻抗匹配、辐射效率、方向性都发生了变化，标签的读取距离迅速降低，甚至难以被读取。因此需要对其进行特殊处理或采用特殊标签，以适应在金属表面使用。同时UHF频段的标签普遍尺寸较大，无法使用在体积较小的物体上，极大地限制了UHF频段RFID系统的使用范围。面对更多复杂的工作环境和更具挑战的材料(比如金属物品、充液容器)，RFID标签的适用
性、耐用性和识别准确率面临严峻考验。针对标签天线不能在金属环境中应用的难题，在设计RFID系统时，必须考虑RFID系统所处的背景环境。
[0005]抗金属标签是用一种特殊的电子标签，从技术上解决了电子标签不能附着于金属表面使用的难题。将抗金属电子标签贴在金属上能获得良好的读取性能，甚至比在空气中读的距离更远。采用特殊的天线和电路设计，该电子标签能有效防止金属对射频信号的干扰，真正的抗金属电子标签的杰出性能是：贴在金属上的读取距离比不贴金属读得更远，这就是整体设计的良好成果。目前，国外RFID抗金属标签存在着体积大、成本高、性能不稳、设计工艺复杂等缺点，难以满足我国实际行业应用需求。
[0006]现有标签天线与金属表面的距离应保持1cm以上的高度，这样虽然提高了标签的读取距离，但会使整个标签的体积和成本增加，天线的带宽降低，并没有很好地解决表面金属对标签天线的影响，此时标签天线的性能远没有其用于非金属表面的性能好；基于陶瓷介质的微带天线也可以用到金属表面，它利用陶瓷介质的高介电常数，使天线的体积能够做到很小，利用金属表面作为自己更大的反射面，使天线的性能十分稳定，但由于陶瓷天线的造价太高，不适合电子标签的低成本批量生产；另外一种可适用金属表面的标签天线方案是在天线辐射面与金属面之间增加一层AMC(人工磁导体)结构。通过AMC的高阻抗特性使电子标签与AMC之间产生的磁流方向和金属面与AMC之间的磁流方向相同，从而提高电子标签的增益与读取距离，但这项技术目前研究的难度和成本都很高，仍处于实验室阶段。测试中发现，在金属表面面积增加到一定大小时，天线的辐射方向会发生畸变，使得垂直于辐射面的辐射场减弱，此时天线的增益会有所下降。标签天线的带宽也是衡量天线性能的一个重要指标，频带越宽，天线的效率越高。通过调整介质层的高度可以有效地改善天线的带宽，当介质层的高度增加时，会使天线的带宽变宽，天线的效率提高，但增加天线的高度会使天线的体积增加，也破坏了天线的低剖面特性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低剖面、高增益、成本低、读取距离更远、产品尺寸更小、性价比更高的RFID抗金属微带标签天线，能够基于天线的结构及开槽设计，在减小标签的厚度的情况下，不降低或少降低天线带宽，保证标签的性能。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种射频识别RFID抗金属微带标签天线，包括：设置于介质基板正面的辐射贴片和设置于介质基板背面的金属地板，辐射贴片与介质基板和金属地板接地平面构成一个谐振腔，其特征在于：辐射贴片上开设有矩形槽且开口向下，覆盖所述矩形槽的U形槽和固定有与辐射贴片电连接的RFID标签芯片的条形安装缝；U形槽的上方制有第一条形缝隙，左、右侧制有第二条形缝隙和第三条形缝隙；矩形槽的底部制有一凸起，条形安装缝的一端贯穿所述凸起并与所述矩形槽连通，另一端贯穿所述辐射贴片的底部，U形槽两端的缝隙形成的边缘场产生辐射，金属地板、辐射贴片、馈线和接地线构成RFID抗金属微带标签天线。
[0009]本专利技术相比于现有技术具有如下的有益效果是：低剖面、高增益。本专利技术采用设置于介质基板正面的辐射贴片和设置于介质基板背面的金属地板，辐射贴片与介质基板和金属地板接地平面构成一个谐振腔，基于天线的结构及开槽设计，在减小标签的厚度的情况下，保证标签的性能。辐射贴片贴附在不同面积的金
属物体表面时，具有很好的阻抗稳定性，同时增益能进一步增加。这种利用矩形槽缝隙进行小型化设计，进一步降低了标签天线的尺寸，使得天线的谐振波长由传统的半波长缩短为1/4波长，大大缩减了标签天线的尺寸，满足了小尺寸金属环境要求。整个标签天线的尺寸大小约为 90mm
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射频识别RFID抗金属微带标签天线，包括：设置于介质基板(1)正面的辐射贴片(2)和设置于介质基板(1)背面的金属地板，辐射贴片(2)与介质基板(1)和金属地板接地平面构成一个谐振腔，其特征在于：辐射贴片(2)上开设有矩形槽(3)且开口向下，覆盖所述矩形槽(3)的U形槽和固定有与辐射贴片(2)电连接的RFID标签芯片(7)的条形安装缝；U形槽的上方制有第一条形缝隙(4)，左、右侧制有第二条形缝隙(5)和第三条形缝隙(6)；矩形槽(3)的底部制有一凸起(8)，条形安装缝的一端贯穿所述凸起(8)并与所述矩形槽(3)连通，另一端贯穿所述辐射贴片(2)的底部，U形槽两端的缝隙形成的边缘场产生辐射，金属地板、辐射贴片(2)、馈线和接地线构成RFID抗金属微带标签天线。2.根据权利要求1所述的射频识别RFID抗金属微带标签天线，其特征在于：RFID抗金属微带标签天线在PVC(聚氯乙烯)薄膜平面材料上采用银浆或铜、铝印刷，标签芯片安装后，PVC薄膜标签沿折线粘贴于方形介质材料上。3.根据权利要求1所述的射频识别RFID抗金属微带标签天线，其特征在于：所述辐射贴片(2)的长宽尺寸小于介质基板(1)的长宽尺寸。4.根据权利要求1所述的射频识别RFID抗金属微带标签天线，其特征在于：所述金属地板的长宽尺寸与介质基板(...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓欣，袁红刚，娄宁，何华武，闫善勇，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：