适用于非金属表面的射频识别标签天线制造技术

本实用新型专利技术公开一种适用于非金属表面的射频识别标签天线，包括介质板与设置在所述介质板表面的金属层和标签芯片端口，所述标签芯片端口位于所述介质板的中轴线上；所述金属层包括微带辐射单元和寄生辐射单元两部分；所述微带辐射单元由弯折的偶极子天线构成，偶极子天线的两臂位于所述标签芯片端口的两侧并与所述标签芯片端口相连；所述寄生辐射单元设置在所述微带辐射单元的下方并与其平行。本实用新型专利技术公开的适用于非金属表面的标签天线在保持较小天线尺寸的情况下，在谐振频率(915MHz)处与标签芯片共轭匹配，使标签芯片获得最大功率，在UHF频段，回波损耗比较低。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于射频识别
，具体涉及一种适用于非金属表面的超高频 (UHF)射频识别(RFID)标签天线。
技术介绍
近年来，随着物流信息化水平的提高，为了适应物流行业的快速发展，需要有一种通用的终端物流数据采集设备。射频识别(RFID)技术具有读写距离长、数据容量大、 安全可靠等特点，在很多领域中得到了广泛的应用，它是一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术。RFID系统的工作频率有低频100-500KHZ，高频13. 56MHz，超高频段 860-960MHZ,以及微波频段2. 45GHz和5. 8GHz。天线在RFID技术中起到了桥梁的作用。通常标签芯片的阻抗不是50欧姆，其阻抗具有实部很小，虚部很大的特点，在无源RFID系统中，要求天线与芯片共轭匹配，从而保证芯片能获得最大效率，有效提高了天线的效率。设计RFID标签天线时，应使天线做到体积小、结构简单和易集成。考虑到对于不同的应用环境，天线的中心频率会有所偏移，具有宽频带的天线就更具有实用价值。传统的UHF频段 RFID标签天线，当尺寸减小时，天线的带宽会变得很窄，而且不易进行匹配。目前较常用的展宽带宽方法是通过在辐射单元上开U型槽或L型槽即电抗加载的原理或添加寄生单元来增加天线的谐振频率个数，从而展宽天线的工作频带；或采用弯折线技术，它在减小天线尺寸的同时能实现宽频带，这种方法在现代天线中被广泛使用。目前大部分天线的阻抗都是50欧姆，不适合作为RFID标签天线。如何使得天线在具备一定的性能的前提下，达到天线与标签芯片的匹配一直是研究标签天线需要重点考虑的问题。
技术实现思路
技术目的本技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种体积小的适用于非金属表面的射频识别标签天线，该天线与标签芯片在中心频率能够达到共轭匹配，在UHF频段有较低的回波损耗。技术方案本技术所述的适用于非金属表面的射频识别标签天线，包括介质板与设置在所述介质板表面的金属层和标签芯片端口，所述标签芯片端口位于所述介质板的中轴线上；所述金属层包括微带辐射单元和寄生辐射单元两部分；所述微带辐射单元由弯折的偶极子天线构成，偶极子天线的两臂位于所述标签芯片端口的两侧并与所述标签芯片端口相连；所述寄生辐射单元设置在所述微带辐射单元的下方并与其平行。其中弯折的偶极子天线采用弯折线加载技术制得。所述弯折的偶极子天线，其弯折的个数对于天线的方向图基本上没有影响，且在天线的最大辐射方向增益随弯折的个数增加有小幅提高，此外，天线的输入阻抗随着弯折的个数的增加而增加，在需要较大虚部阻抗值的场合可以通过增加弯折的个数来实现；其弯折的高度对天线输入阻抗的实部几乎无影响，而天线输入阻抗的虚部随高度的增加呈现线性增加。本技术天线的阻抗与弯折线的个数、高度和加载位置有关，具体调整方法按3照通用方法调整即可。所述寄生辐射单元，它的引入大大提高了天线阻抗的虚部，阻抗实部略有下降，且天线阻抗的虚部随寄生辐射单元长度的增加而增加，而天线的实部略有降低。此外采用的弯折线的宽度和寄生辐射单元的宽度与相同材料、介质板厚度、 915MHz工作频率时，阻抗为50 Ω的偶极子天线的宽度相同，故对宽度的影响不作考虑。出于天线低成本的考虑，本技术采用了较为廉价的FR4板材，其介电常数为 4. 4，损耗角正切值为0. 02，板材的厚度为0. 5mm。当然也可以考虑其它比之昂贵的材料。本技术天线的谐振频率为915MHz，且在UHF频段具有较低的回波损耗和良好的辐射特性。本技术与现有技术相比，其有益效果是1.本技术天线的辐射单元采用弯折线加载和寄生单元加载两种技术，使天线与标签芯片在中心频率达到共轭匹配，在UHF频段有较低的回波损耗。2.本技术微带辐射单元采用弯折线加载技术的偶极子结构，这种结构可以有效地增加电流的有效路径，从而减小天线的体积，同时通过调整弯折线的个数、高度和加载位置可以生成任意虚部阻抗值的偶极子天线，而且对天线的辐射方向图几乎没什么影响， 这样有利于实现天线与RFID标签芯片的共轭匹配。3、本技术中与采用弯折线技术的偶极子平行的是加载的无源寄生单元，该结构能有效地提高天线阻抗的虚部，此时阻抗实部稍有下降，此外，它对于主平面的辐射特性影响很小，从而能更好的实现标签天线与芯片阻抗的共轭匹配，使得芯片获得最大传输功率。综上所述，本技术公开的适用于非金属表面的标签天线在保持较小天线尺寸的情况下，在谐振频率(915MHz)处与标签芯片共轭匹配，使标签芯片获得最大功率，在UHF 频段，回波损耗比较低，且具有较好的阻抗带宽和辐射特性，此外还易于与其它电路进行集成，具有成本低，易加工的优点。附图说明图1是本技术天线的结构示意图。图2(a)是天线电阻特性仿真图。图2(b)是天线电抗特性仿真图。图3是本技术天线的回波损耗仿真图。图4是本技术天线的增益仿真图。具体实施方式以下结合附图，对本技术技术方案进行详细说明，但是本技术的保护范围不局限于所述实施例。如图1所示，本技术所述适用于非金属表面的射频识别标签天线，包括介质板1与设置在所述介质板1表面的金属层和标签芯片端口 4，标签芯片端口 4位于介质板1 的中轴线上；金属层包括微带辐射单元2和寄生辐射单元3两部分；微带辐射单元2是采用弯折线加载技术制得的弯折的偶极子天线构成，偶极子天线的两臂位于标签芯片端口 4的两侧并与标签芯片端口 4相连；寄生辐射单元3设置在微带辐射单元2的下方并与其平行。介质板1采用FR4板材，介电常数为4. 4，损耗角正切值为0. 02，板材的厚度为 0. 5mm。金属层使用铜为材料，厚0.018mm。标签天线端口 4为天线负载端口，即连接标签芯片，该天线采用的标签芯片为NXP公司的UCODE G2XMTSS0P8封装芯片，微带辐射单元2的弯折个数、高度以及加载位置和寄生辐射单元3的宽度和长度根据需要进行合理设计，使得标签芯片端口的特性阻抗与标签芯片的特性阻抗共轭匹配。采用弯折线的偶极子天线结构的微带辐射单元2有利于减小天线的尺寸，同时也利于提高天线阻抗的虚部，达到共轭匹配的目的。寄生辐射单元3能更好的控制天线阻抗值以便实现与芯片的共轭匹配。图2为天线的阻抗特性仿真图，(a)是天线电阻特性仿真图，(b)是天线电抗特性仿真图。从图中可以看到，该天线在915MHz的阻抗值为Za= 16.46+」148.04Ω，芯片在这一频率的阻抗值为4= 16_jl48 Ω，且天线输入阻抗的实部和虚部的变化都比较缓慢，由此可见，标签天线与芯片在915MHz附近能实现较好的共轭匹配。图3为天线的回波损耗仿真图。从图中可以看到，该天线谐振在915MHz，此处实现了很好的阻抗匹配。S11 < -IOdB的频率范围为840MHz :1.013GHz，即阻抗带宽为 173MHz (18. 9% ),能补偿标签置于物体时产生的频率偏移。图4为天线增益仿真图。从图中可以看到，该天线的最大增益为1.038dB，H面实现全向辐射，从而保证天线在任何角度都能被读写器捕获。如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本技术，但其不得解释为对本技术自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本技术的精神和范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种适用于非金属表面的射频识别标签天线，包括介质板（１）与设置在所述介质板（１）表面的金属层和标签芯片端口（４），其特征在于：所述标签芯片端口（４）位于所述介质板（１）的中轴线上；所述金属层包括微带辐射单元（２）和寄生辐射单元（３）两部分；所述微带辐射单元（２）由弯折的偶极子天线构成，偶极子天线的两臂位于所述标签芯片端口（４）的两侧并与所述标签芯片端口（４）相连；所述寄生辐射单元（３）设置在所述微带辐射单元（２）的下方并与其平行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐开元，马瑶，金美佳，
申请(专利权)人：江苏拓元科技发展有限公司，
类型：实用新型
国别省市：84