专利名称：嵌入式抗金属射频识别标签的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种射频识别(RadioFrequency Identification, RFID)标签，特别是涉及一种嵌入式抗金属射频识别标签。
背景技术：
众所周知，制约射频识别技术应用的因素之一是无法读取金属或液态物体上的射频识别标签。普通电子识别标签在粘贴到金属物体时，其读写距离会大幅降低，甚至不可读取。这是因为在读取标签时，射频识别系统产生的磁通量会在金属表面感应涡流，而涡流对阅读器的场起反作用(楞次定律决定的)，致使金属表面上的磁场进行强烈的衰减，导致阅读器与标签之间不能再通信。另外金属会引起额外的寄生电容(即由金属引起的电磁摩擦造成的能源损耗)，造成读写器和标签天线的失谐，破坏射频识别系统的性能。最终在某些频段，被金属反射回来的能量就会在标签和读写器之间形成干扰。一般来说，在线圈和金属表面之间插入高导磁率的隔离材料，能够在相当大的程度上避免涡流的出现。通常的解决方案是使用某种隔离板来分离标签与金属，这种隔离板采用吸波材料，厚度一般比较大，而且在实际使用当中可能会导致容易脱落。另外由于吸波材料本身的特性，标签天线的辐射效率会下降，同等距离下不能获得同样的标签在普通物体表面稳定的读取性能。另一种抗金属的方法是采用高介电常数的介质材料将被粘贴的金属当做标签天线的接地来使用，但此种方法Q值较高，带宽比较窄，读写距离对频率变化比较敏感。总体来说，在金属物体较多的环境下读取标签，会使得实际的读写率、读写距离和可靠性大大降低，远低于在实验环境下得出的结果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种嵌入式抗金属射频识别标签，在不需要额外增加吸波材料的情况下，可以获得与粘贴在普通物体表面情况下接近的读写性能。本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种嵌入式抗金属射频识别标签，其特征在于，其包括第一基体、第一导体层、第二基体、第二导体层、第三导体层、标签芯片、过孔、第四导体层，第一基体在第二基体的上方，第一导体层附着在第一基体的上表面，第二导体层和第三导体层附着在第二基体的上表面并位于第一基体的下方，第二导体层和第三导体层在同一个平面上，标签芯片位于第二导体层和第三导体层之间，第二导体层、第三导体层通过过孔和第四导体层连接，第四导体层附着在第二基体的下表面。优选地，所述第一导体层、第二导体层、第三导体层和第四导体层的形状都是圆形、椭圆形、多边形和不规则图形中的任意一种。优选地，所述第一导体层、第二导体层、第三导体层和第四导体层的材质都是银、 铜、铝等良导体中的任意一种。优选地，所述第一基体和第二基体采用介电常数在1 150之间的PCB板材。优选地，所述第一导体层与第二导体层、第三导体层组成的面通过第一基体隔开，第四导体层与第二导体层、第三导体层组成的面之间由第二基体隔开。优选地，所述过孔位于第二导体层的一端和第三导体层的一端。优选地，所述过孔位于第二导体层的一端或第三导体层的一端。优选地，所述过孔为内壁涂有导电金属的圆柱状通孔。本发明的积极进步效果在于与一般的采用偶极子贴片天线或者折合偶极子天线设计的UHF(Ultra High Frequency，超高频)射频识别标签相比，本发明的尺寸大幅减小， 从而可以放置到狭小的空间。本发明采取增加过孔数量和改变过孔位置的方法来改变标签天线的电感分量来实现标签天线与标签电子芯片的阻抗共轭匹配。另外，与一般的抗金属标签不同，本发明采用了两个基体的分部结构，可以采取改变标签天线部分的性能的方法对标签天线进行调整，调整当中本发明所述的标签天线中不需要调整的部分可以保持原状。本发明既可以当做一般的UHF射频识别标签粘贴到普通物体表面使用，例如纸张、木材、塑料器皿等，也可以粘贴到金属物体表面使用，例如铝板、扳手、集装箱外壳等，在两种情况下标签的最大读取距离基本不变。更重要的是，本发明还可以嵌入到金属表层使用，仍然可以获得良好的最大读取距离。采用这种安装方式后，标签与被嵌入物体良好的融为一体，与一般突出的安装方法相比，本发明的标签不易脱落，从而提高了射频识别标签对使用环境的适应性。另外，采用本发明结构的射频识别标签，在需要有对读写距离的苛刻要求时基体可以采用陶瓷，一般应用选取成本较低的PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板) 板材来制作，在大批量生产时可以显著节省设计和材料成本，有效实现资产管理与标识。
图1为本发明嵌入式抗金属射频识别标签的立体结构示意图。图2为本发明嵌入式抗金属射频识别标签的侧面结构示意图。图3为本发明中第二导体层和第三导体层的结构示意图。图4为本发明等效电路图。图5为本发明在不同方式时的读取距离的示意图。
具体实施例方式下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。一般来说，嵌入式抗金属的标签必须具备有三大条件基本条件第一，粘贴在金属表面可以正常识别；第二，嵌入到金属表面以下仍然能够读取；第三，具有防水和抗震防碰撞能力，亦即对复杂环境有良好的适应性。如图1至图3所示，本发明嵌入式抗金属射频识别标签包括第一基体1、第一导体层2、第二基体3、第二导体层4、第三导体层5、标签芯片6、过孔7、第四导体层8，第一基体 1在第二基体3的上方，第一导体层2附着在第一基体1的上表面，第二导体层4和第三导体层5附着在第二基体3的上表面并位于第一基体1的下方，第二导体层4和第三导体层 5在同一个平面上，标签芯片6位于第二导体层4和第三导体层5之间，第二导体层4、第三导体层5通过过孔7和第四导体层8连接，第四导体层8附着在第二基体3的下表面。第一基体1和第二基体3可以采用介电常数在1 150之间的PCB板材，第一基体1和第二基体3的材料可以是玻璃纤维环氧树脂或陶瓷等。第一基体1和第二基体3的厚度不同，第一基体1的厚度小于第二基体3的厚度，二者的厚度也可视具体的使用情况调节。第一基体1上的第一导体层2由一层薄的良导体(如银、铜、铝等)制成。第一导体层 2的尺寸和形状并不是固定的，可以将标签的谐振频率根据需要调整导体层的长宽。第一基体1只有上表面覆有第一导体层2，第一基体1的下表面采用胶水与第二导体层4第三导体层5连接。第一导体层2、第二导体层4、第三导体层5和第四导体层8的形状都可以是圆形、 椭圆形、多边形和不规则图形中的任意一种。第一导体层2、第二导体层4、第三导体层5和第四导体层8当中都可以有圆形、椭圆形、多边形和不规则图形中的任意一种切口。第一导体层2、第二导体层4、第三导体层5和第四导体层8的材质都可以是银、铜、铝等良导体中的任意一种。一般来说，第一导体层2的尺寸要略小于第二导体层4和第三导体层5组成的面。 第二导体层4和第三导体层5组成的面位于第二基体3的上表面上。第二导体层4和第三导体层5并不是直接相连的，第二导体层4和第三导体层5当中预留有连接标签芯片6的空间。在连接标签芯片处，可根据绑定要求，有一小段突出。标签芯片6可用银线、铜线或者铝等良导体中的一种绑定到第二导体层4和第三导体层5突出的两端上。过孔7位于第二导体层4的一端和第三导体层5的一端，过孔7也可以位于第二导体层4的一端或第三导体层5的一端。过孔7位于第二基体3的内部，过孔7为内壁涂有导电金属的圆柱状通孔。过孔7的位置经试验得知靠近第二基体3的两边时效果理想。第一导体层2与第二导体层4、第三导体层5组成的面通过第一基体1隔开，第四导体层8与第二导体层4、第三导体层5组成的面之间由第二基体3隔开，这四个导体层和两个基体之间形成具有某个谐振频率的谐振回路。结合图4说明本发明的工作原理。本发明的射频识别标签基于微带线传输线理论可将其等效为LC谐振回路，如图4所示。该谐振回路的谐振频率为f。= V(In^Lfit)。式中 Le为谐振回路的等效电感，Ct为整个回路的等效电容，Ct = Cp+Cg。Ct为第一导体层2与第二导体层4、第三导体层5之间所形成的等效电容。改变第一导体层2与第二导体层4、第三导体层5之间的距离，也就是第一基体1的厚度大小可以改变等效电容值Ct。一端的过孔7将第二导体层4和第四导体层8相连，另一端的过孔7将第三导体层5和第四导体层 8相连，上述结构形成等效电感Le。过孔7在导体层上的位置和数量不同，所形成的等效电感值也不同。艮和Cp为所采用的标签芯片的电阻和电容，这两个值由标签芯片的生产厂商提供。由于此种类型的标签天线的阻抗都为复阻抗，在作天线匹配的时候要考虑共轭匹配以获得最大功率传输。本发明通过合理改变连接标签芯片段微带线的长度和宽度，以及导体层的尺寸来实现天线与标签芯片的阻抗共轭匹配。从等效电路方面来说，就是调节谐振回路中各个可以调节的元件数值，提高标签天线对微弱信号的收集存储能力，在更远处芯片仍然可以获得足够工作的能量，从而获得更大的读写距离。本发明的射频识别标签属于无源射频识别标签，亦即标签工作所需要的能量全部由标签天线从读写器发出的电磁波获取。当标签谐振回路的谐振频率落在规定的RFID频段时，标签芯片就可以从读写器获取能量进入激活状态，标签芯片激活后，已存储在标签芯片中的信息将通过辐射面发送到读写器。为表明本发明的抗金属特性，经实验测试，如图5所示，当本发明嵌入式抗金属射频识别标签粘贴在金属物体的表面时最大读取距离为3. 9m，相比而言，嵌入到金属表层时，最大读取距离为3. 7m，嵌入到两倍标签厚度的深度时， 最大读取距离为:3m。可以看出，标签嵌入到金属后最大读取距离仍然拥有放置在金属表面时最大读取距离的95%，即使嵌入到两倍深度的位置，还有安装在金属表面情况下的77% 读取距离。经比较，同样的测试环境下，本发明在读取距离这个指标上是市场上两种常见的同类抗金属产品的两倍以上。本发明在粘贴到金属表面，嵌入到不同深度后的最大读取距离如图5所示。由于天线标签结构的特殊性，本发明可以翻转180°使用，而不影响最大读取距离，同时，翻转后还可以保护标签芯片。 虽然以上描述了本发明的具体实施方式
，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。
权利要求
1.一种嵌入式抗金属射频识别标签，其特征在于，其包括第一基体、第一导体层、第二基体、第二导体层、第三导体层、标签芯片、过孔、第四导体层，第一基体在第二基体的上方， 第一导体层附着在第一基体的上表面，第二导体层和第三导体层附着在第二基体的上表面并位于第一基体的下方，第二导体层和第三导体层在同一个平面上，标签芯片位于第二导体层和第三导体层之间，第二导体层、第三导体层通过过孔和第四导体层连接，第四导体层附着在第二基体的下表面。
2.如权利要求1所述的嵌入式抗金属射频识别标签，其特征在于，所述第一导体层、第二导体层、第三导体层和第四导体层的形状都是圆形、椭圆形、多边形和不规则图形中的任意一种。
3.如权利要求1所述的嵌入式抗金属射频识别标签，其特征在于，所述第一导体层、第二导体层、第三导体层和第四导体层的材质都是银、铜、铝等良导体中的任意一种。
4.如权利要求1所述的嵌入式抗金属射频识别标签，其特征在于，所述第一基体和第二基体采用介电常数在1 150之间的PCB板材。
5.如权利要求1所述的嵌入式抗金属射频识别标签，其特征在于，所述第一导体层与第二导体层、第三导体层组成的面通过第一基体隔开，第四导体层与第二导体层、第三导体层组成的面之间由第二基体隔开。
6.如权利要求1所述的嵌入式抗金属射频识别标签，其特征在于，所述过孔位于第二导体层的一端和第三导体层的一端。
7.如权利要求1所述的嵌入式抗金属射频识别标签，其特征在于，所述过孔位于第二导体层的一端或第三导体层的一端。
8.如权利要求1所述的嵌入式抗金属射频识别标签，其特征在于，所述过孔为内壁涂有导电金属的圆柱状通孔。
全文摘要
本发明公开了一种嵌入式抗金属射频识别标签，其包括第一基体、第一导体层、第二基体、第二导体层、第三导体层、标签芯片、过孔、第四导体层，第一基体在第二基体的上方，第一导体层附着在第一基体的上表面，第二导体层和第三导体层附着在第二基体的上表面并位于第一基体的下方，第二导体层和第三导体层在同一个平面上，标签芯片位于第二导体层和第三导体层之间，第二导体层、第三导体层通过过孔和第四导体层连接，第四导体层附着在第二基体的下表面。本发明在不需要额外增加吸波材料的情况下，可以获得与粘贴在普通物体表面情况下接近的读写性能。
文档编号G06K19/077GK102346867SQ20101024540
公开日2012年2月8日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者刘智佳 申请人:刘智佳