专利名称：覆盖全球uhf rfid频段的标签天线和电子标签的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域中的宽频带小型化超高频天线和电子标签，特别是工作在超高频(UHF)射频识别系统中的宽频带小型化标签天线和电子标签。
背景技术：
无线射频识别(RFID)技术是利用射频信号来自动识别物体的一种技术。RFID系统一般由电子标签(包括芯片和标签天线)、阅读器和电脑等组成。当前，射频识别常用的工作频率有低频频段(125ΚΗζ、134ΚΗζ)、高频频段(13. 56MHz)、超高频(UHF)段(840 960MHz)和2. 45GHz以上的微波频段等。超高频段和微波频段由于具有操作距离远、通信速度快、尺寸小等优点，已在停车收费、物流、公共交通和汽车安全防盗等领域逐渐得到应用。全球各国家对UHF RFID工作频段的规定不同，例如840MHz 845MHz (中国)、 920MHz 925MHz (中国)、868MHz 870MHz (欧洲)、9O2MHz 9^MHz (北美和南美)、 952MHz 954MHz (日本)，这个给射频识别技术的全球化应用造成了一定的困难。设计一种能覆盖世界各国UHF RFID频率范围的标签天线，对于RFID技术的全球化应用是极为重要的。例如，随着物流的发展RFID标签常用于货物的自动识别中。要在全球范围内使货物被容易地识别，就必须要求RFID标签能工作在一个很宽的频带内，从而保证标签中的信息能在世界各地被正确地识别出来。为了实现让标签天线工作在全球UHF RFID频段840MHz 960MHz这个目标，近年来不少专家学者对宽频带超高频天线进行了研究。例如，Son，H. W.和Pyo，C. S.在文献〃 Design of RFID tag antennas using an inductively coupled feed"中提出用电感耦合结构来展宽标签天线的带宽，但他们所给出天线尺寸比较大(80mmX17.2mm)； C. C. Chang禾口 Y. C. Lo在文献"Broadband RFID tag antenna with capacitively coupled structure “中提出用电容耦合结构来展宽标签天线的带宽，天线结构简单，但带宽比较窄，仅有 65MHz ；Cho C.，Choo H.禾Π Park I.在文献〃 Broadband RFID tag antenna with quasi-isotropic radiation pattern"通过调节双T型匹配网络实现宽频带标签天线，可用带宽从848MHz到926MHz，但还没有完全覆盖全球UHF RFID频段；文献“UHF RFID tag antenna with broadband characteristic，，中 Xu L. > Hu B. J.禾口 Wang J.提出的天线虽然覆盖了 UHF RFID频段，但需要多层介质板、结构复杂，且天线尺寸大(106mmX44mm)；发明专利“多应用环境下的宽带UHF RFID电子标签天线”(申请号200810(^9161.8)提出了一种辐射主体为两个均带有T型缝隙辐射铜片的宽带UHF RFID电子标签天线，该天线基板为三层结构、结构复杂，能覆盖的频率段仅为866MHz 928MHz。由上可见，设计一种能工作在超高频射频识别系统的宽频带小型化标签天线对于射频识别技术的应用与发展是十分重要的。
发明内容
发明目的针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种能覆盖全球UHF RFID频段的标签天线和电子标签。技术方案为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种覆盖全球UHF RFID频段的标签天线(简称“全覆盖标签天线”)，包括一对相互连接的开口谐振环和一个电感耦合引向线，所述相互连接的开口谐振环包括小尺寸开口谐振环和大尺寸开口谐振环，所述电感耦合引向线平行于大尺寸开口谐振环开口处。开口谐振环的尺寸采用仿真软件优化得到。经过尺寸优化后，小尺寸开口谐振环的谐振频率和大尺寸开口谐振环的谐振频率邻近，表现为天线输入端的电压驻波比的频率特性为覆盖小尺寸开口谐振环和大尺寸开口谐振环各自谐振频点，形成大波谷。这种相互连接的开口谐振环对达到拓宽标签天线工作频率范围，构造小型宽带标签天线的目的。所述电感耦合引向线平行于大尺寸开口谐振环开口处，是用来获取更好的天线辐射特性，其尺寸采用仿真软件优化得到。所述全覆盖标签天线为金属材质(如铜、铝、银)，并印刷在绝缘介质基板上 (如FR4环氧树脂基板、聚四氟乙烯材质)。本发明采用的另一种技术方案为一种电子标签，包括如上所述的覆盖全球UHF RFID频段的标签天线，还包括位于所述小尺寸开口谐振环开口处的标签芯片。本发明应用的原理为在电磁工程领域中，超材料常常用来减小微波器件的尺寸。开口谐振环(Split Ring Resonator, SRR)是一种构建超材料的基本单元，它已被用在许多微波器件如天线等的设计中。在微波波段，由于金属谐振环具有电感L和电阻R，开口处表现出电容C，整个开口谐振环可以等效为一个电容、电感和电阻串联的谐振电路。而金属的电导率很大，电阻很小可忽略，开口谐振环可看作在外加场感应下的LC谐振器。开口谐振环具有亚波长谐振特点，它已被用于微波器件的小型化设计中，谐振频率跟开口谐振环具体尺寸大小有关。应用上述原理，在本发明中将两个大小不一样的开口谐振环相互连接，通过尺寸优化从而让小尺寸SRR的谐振频率毗邻大尺寸SRR的谐振频率，通过这种相互连接的SRR 对，达到拓宽标签天线工作频率范围、构造小型宽带标签天线的目的。有益效果本发明应用超常材料中的开口谐振环的亚波长谐振特点，构建一对不同尺寸的互相连接的开口谐振环对辐射单元，它和一个电感耦合引向线一起构成一种小型化宽频带射频标签天线，将标签芯片加在小尺寸开口谐振环的开口处，和这种标签天线一起构成小型宽带射频电子标签。本发明覆盖全球UHF RFID频段的标签天线在电压驻波比VSWR < 1. 22的工作频带达170MHz (790MHz-960MHz)，覆盖了全球所有的UHF频段。比起现有大多数宽带超高频标签天线，具有更小的尺寸。全覆盖标签天线采用单面板结构，通过印刷工艺即可实现，具有结构简单、体积小、易于制造的优点。实测显示全覆盖标签天线在H面上则近似全向辐射，能够满足在实际应用中要求能从各个方向上读取电子标签信息的需求，适合近距离RFID应用。实测显示采用该全覆盖标签天线的电子标签贴在不同材料表面时都能读取，即使是贴在金属表面上时电子标签仍能被识别。
图1为采用全覆盖标签天线的电子标签的结构示意图；图2为全覆盖标签天线电压驻波比的频率特性曲线图；图3为全覆盖标签天线输入阻抗的频率特性曲线；图4为全覆盖标签天线在E面和H面的辐射方向图；图5为电子标签读取距离方向图。图中标号电感耦合引向线-1，大尺寸开口谐振环-2，小尺寸开口谐振环_3，标签芯片_4。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。以下天线尺寸和性能仅是针对采用FR4环氧树脂基板和Ti公司的 RI-UHF-STRAP-08标签芯片条件下优化后的结果，若采用别的基板和芯片，基于本发明原理和结构进行尺寸上的优化后也能得到。如图1所示，全覆盖标签天线印刷在绝缘介质基板(图中未示出)上，绝缘介质基板采用厚度为1. 5mm的FR4环氧树脂基板(ε r = 4. 4，tan δ = 0. 002))，经优化设计的天线尺寸为电感耦合引向线1的长度L3和宽度A3分别为19. 03mm,2mm,电感耦合引向线 1平行于大尺寸开口谐振环2开口处，与大尺寸开口谐振环的间距A2为0. 43mm ；大尺寸开口谐振环长度Li、宽度Wl和开口处长度Al分别为40. 32mm、20. lmm、2. 5mm，大尺寸开口谐振环线宽为3mm ；小尺寸开口谐振环3长度L2、宽度W2分别为9. 69mm、9. 4mm，小尺寸开口谐振环线宽为2mm。将Ti公司的RI-UHF-STRAP-08标签芯片4连接在小尺寸开口谐振环的开口处，全覆盖标签天线与标签芯片一起构成射频电子标签。本发明标签天线总体尺寸大小为40. 32mmX25. 23mm,比起大多数同类宽带标签天线具有更小的尺寸，如表1所示。表1 UHF宽带标签天线比较
权利要求
1.一种覆盖全球UHF RFID频段的标签天线，其特征在于包括一对相互连接的开口谐振环和一个电感耦合引向线。所述相互连接的开口谐振环包括小尺寸开口谐振环和大尺寸开口谐振环。所述电感耦合弓I向线平行于大尺寸开口谐振环开口处。
2.根据权利要求1所述覆盖全球UHFRFID频段的标签天线，其特征在于所述小尺寸开口谐振环和大尺寸开口谐振环的谐振频率邻近。
3.一种电子标签，包括如权利要求1或2所述的覆盖全球UHF RFID频段的标签天线， 还包括位于所述小尺寸开口谐振环开口处的标签芯片。
全文摘要
本发明公开了一种覆盖全球UHF RFID频段的标签天线，包括一对相互连接的开口谐振环和一个电感耦合引向线。所述相互连接的开口谐振环包括小尺寸开口谐振环和大尺寸开口谐振环。所述电感耦合引向线平行于大尺寸开口谐振环开口处。本发明还公开了一种电子标签。本发明的标签天线能覆盖全球UHF RFID频段，比起大多数同类宽带标签天线，它具有更小的尺寸和更宽的带宽，同时结构简单、制作方便。对实际制备的电子标签的测试结果表明，该电子标签能够应用于不同材料(包括金属)物体表面，其读写距离能满足从四周读取电子标签信息的需求，适合近距离RFID应用。
文档编号G06K19/07GK102496776SQ201110406468
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者伍瑞新, 谭力容 申请人:南京大学