一种宽频RFID超高频天线及使用该天线的电子标签制造技术

本实用新型专利技术为一种宽频ＲＦＩＤ超高频天线，其包括组合在一起的一近场天线及一远场天线。其中，所述近场天线为感应线圈，所述远场天线为偶极子天线。所述天线是蚀刻在覆铝的聚酯ＰＥＴ衬底上。同时本实用新型专利技术还提供了一种使用上述天线的射频标签。使用本实用新型专利技术的射频天线和标签可以获得如下有益效果：本实用新型专利技术的天线工作距离范围包括近场或远场范围，且其工作频率范围就可以覆盖整个ＲＦＩＤ　ＵＨＦ频段，因此具有广泛的适应性。同时，在频带范围内，阻抗值很稳定，在工作频段内在ｘｚ方向具有良好的全向性。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及射频识别(RFID)技术中的应答器，特别是涉及到应答器 中RFID超高频天线以及电子标签。
技术介绍
RFID系统的应答器和读写器之间无需物理接触就可完成识别，因此RFID 较条形码有着不可取代的优势第一，可以识别单个的非常具体的物体,而不是 像条形码那样只能识别一类物体；第二，采用无线电射频，可以通过外部材料 读取数据，而条形码必须靠激光读取信息；第三，可以同时对多个物体进行识 读，而条形码只能一个一个地读。此外，标签存储的信息量较条形码大得多。射频识别系统的主要区别特征包括读写器的工作频率、读写器与应答器之 间的物理耦合方法和系统的作用距离。其中超高频(UHF)无源RFID标签由 于其工作频率高，可读写距离长，无需外部电源，制造成本低，目前成为了 RFID 研究的重点方向之 一 ，有可能成为在不久的将来RF ID领域的主流产品。按照RFID系统的工作方式不同，电子标签天线一般可分为近场感应线圏 天线和远场辐射天线。所谓近场和远场是根据电磁场摆脱天线作为电磁波进入 空间的位置进行划分的，即从天线到形成电磁场的范围称为天线的近场，从离 开天线到完全形成电磁波的范围称为远场，二者的分界为距离天线;i/2;r,其中， A为天线辐射的电磁波的波长。近场感应线圏天线通常由多匝电感线圏所组成，远场辐射天线主要包括电 场偶极子天线、对称辟子天线以及微带天线。远场辐射天线通常是裤振式的， 一般长度取为半波长。因此，工作频率的大小决定着天线尺寸的大小；天线的 大小又常常决定着使用该天线的射频识别标签/卡的大小；较高的工作频率可以 实现较小的射频识别卡尺寸。一般来说，RFID标签包括半导体芯片和高频天线，数据可以被编程及被重新写入半导体芯片中。半导体芯片与高频天线直接耦合(例如通过引线接合(wire bounding)、倒装芯片(Flip Chip )封装)，或作为SMD(表面贴装)器件(例 如TSSOP,薄型小尺寸封装)安装到高频天线。半导体芯片和高频天线设置在 载体基板上，该载体基板可以由塑料材料制成。该系统也可以制造在印制电路 板(PCB)上。一个好的RFID标签应用系统，应当考虑如下问题标识物的特性(货盘， 容器，单品，纸包装，金属，液体等)；标签之间有多大的空间；标签工作需 要遵守的当地法规；读写器天线与标识物的相对位置(距离，安装方位，辐射 场方向)等，以上各方面特性，可以用下列参数进行评估标签在不同介质表 面的灵敏度；频率灵敏度；空间性能。关于RFID的天线及天线设计方法，现有技术中有许多专利已对此进行了研 究，但是该等现有技术的天线均只能应用于单一的工作方式，即其作用范围只 能是远场或近场之一。这就极大地限制了射频应答器的使用范围。同时，现有 技术的天线即使在单纯的近场范围内其工作频率范围也局限于一较窄的区间。并且，由于对于无源应答器而言，其能量完全来自天线的从阅读器接收的 能量，即使是对有源应答器，其信息传输所用的能量也来自天线从阅读器接收 的能量，因此，天线的阻抗匹配对于能量接收至关重要，而现有技术的天线在 较宽的工作频率范围内的阻抗匹配效果也不理想。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服现有技术的上述缺点，提供一种能工作在较 宽的频率范围内，且既能工作于近场距离范围也能工作于远场距离范围，并且 阻抗匹配良好的射频天线。为此，本技术提供了一种宽频RFID超高频天线，其包括级联在一起的 一近场天线及一远场天线。其中，所述近场天线为感应线圏，所述远场天线为偶极子天线。'其中，所述RFID超高频天线的感应线圏和偶极子天线之间并联连接有蛇行线。其中，所述感应线圏、偶极子天线和蛇行线构成的电路的等效阻抗与所述 与其连接的RFID芯片的阻抗相匹配。4同时本技术还提供了一种使用上述天线的射频标签，其包括应答器天 线、与之电性连接的应答器芯片及包覆所述应答器天线和应答器芯片的保护膜， 其中，所述应答器天线包括级联在一起的一近场天线及一远场天线。 其中，所述近场天线为感应线圈，所述远场天线为偶极子天线。 使用本技术的射频天线和标签可以获得如下有益效果(1)本实用新 型的天线工作距离范围包括近场或远场范围，且其工作频率范围就可以覆盖整个RFID UHF频段(830MHz-950MHz )内的散射参数都很小，增益变化曲线很 平稳，可以无失真的辐射信号，因此具有广泛的适应性。(2)在频带范围内，阻 抗值很稳定，此天线可以与多种阻抗的芯片相匹配，这样就没有必要专门为某 种芯片设计天线，在实际工作中可以大大的减小工作量。(3)标签天线的材料A 厚度对UHF天线的性能影响很小。这样在生产UHF产品时可以根据需要选择 合适的天线厚度、控制天线材料的成本，而不用担心会造成天线性能的改变。(4) 以选用NXP芯片为例，本技术的标签可以完成过去采用软磁材料进行EAS 电子防盗的功能，并具备一定的存储容量。以下结合附图对本技术的上述的和其它的特征和优点做详细说明附图说明图1为本技术RFID天线的结构示意图2为半波长折叠偶极子天线结构一实施例示意图3为本技术天线在830MHz-950MHz频率范围内的增益曲线；图4a-4c为频率改变时，本技术天线在xz面和yz面的远场归一化辐射方向图，图4a为915MHz,图4b为830MHz,图4c为950MHz; 图5为半波长折叠偶极子天线的反射系数随频率变化的曲线； 图6为半波长折叠偶才及子天线的阻抗在830MHz-950MHz内的变化曲线； 图7为电子标签的等效二端口匹配网络电路示意图； ， 图8a、 8b为增加蛇形线前后天线的阻抗变化示意图，图8a为虚部，图8b为实部；图9a、 9b为增加小环前后天线的阻抗变化示意图，图9a为虚部，图9b为 实部；图10为经匹配后天线的反射系数曲线； 图11为芯片的阻抗取不同值时，反射系数的比较曲线； 图12a、 12b为天线材料的厚度取不同值时，其阻抗的比较曲线，图12a为 实部，图12b为虚部；图13是单独的电感线圈和本技术天线的增益比较示意图。具体实施方式本技术的一种宽频RFID超高频天线的具体实施方式如图1所示，从图 中可以清楚看出，该天线包括级联组合在一起的一近场天线及一远场天线。通 过将远场和近场天线结合而实现近场、远场两种不同的工作方式。其中，较佳 地，近场天线为感应线圏2,所述远场天线为偶才及子天线1。并且，为实现与 RFID芯片的阻抗匹配，所述RFID超高频天线的感应线圏和偶极子天线之间并 联连接有蛇行线，蛇形线的一端与感应线圈2连接，另一端与偶极子天线的短 截线4连接。其中，偶极子天线的尺寸与其工作频率有关，例如，工作在915MHz的半波 长偶极子天线长度为164mm,为减小天线所占体积， 一般把偶极子天线的两个臂 折叠，例如， 一种折叠偶极子天线的实现形式如图2所示。其各项特性如图3 到图6所示。图3为偶极子天线在830MHz-950MHz频率范围内的增益曲线。如图3所 示，在整个工作频带内，天线的增益都大于1. 5dBi,在890MHz可达到最大值 1.88dBi。在整个工作频带内，增益的变化辐度在0. 4dB以内，曲线变化很平稳， 所以天线可以无失真的发送信号。由图3可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽频ＲＦＩＤ超高频天线，用于与ＲＦＩＤ芯片连接，其特征在于，所述天线包括级联在一起的一近场天线及一远场天线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨会平，汪柳平，段磊，程辉，孟新，徐勇，
申请(专利权)人：航天信息股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]