专利名称：读写器、电子标签和射频识别系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于通信领域，具体地，涉及读写器、电子标签和射频识别系统。
背景技术：
射频识别(feidio Frequency Identification，RFID)是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。RFID系统至少包含电子标签和阅读器两部分，其中电子标签附在物体上面并包含有唯一的ID号和物品的信息；读写器用于读取电子标签上的信息，从而实现物体的自动识别。RFID系统工作时，由读写器通过读写器天线发出射频信号，电子标签通过标签天线接收到读写器发出的读写指令后，返回射频信号进行响应，把ID号和物品信息传递给读写器， 从而实现物品自动识别。现有的天线主要为偶极子天线和PIFA天线，此类天线尺寸、带宽、增益等重要指标受到了基本物理原理的限制(固定尺寸下的增益极限、带宽极限等)。这些指标极限的基本物理原理使得天线的小型化技术难度远远超过了其它器件，而由于射频器件的电磁场分析的复杂性，逼近这些极限值都成为了巨大的技术挑战。因此当在设计中遇到天线使用空间小、工作频率低、工作在多模问题时，其就显得力不从心。为解决上述问题，现有技术的解决方案一般是通过在天线外部额外设置匹配线路来实现多模的辐射要求。加入匹配网络后，功能上是可实现低频、多模的工作要求，但是由于非常大的一部分能量损失在匹配网络上，其辐射效率将极大的降低。因此，小天线在面对现有终端设备小体积、低工作频率、宽带多模等问题时，设计的过程中受到了极大的制约。对于读写器和电子标签而言，其对应的天线的小型化也是亟待解决的问题。
实用新型内容本实用新型要解决的一个技术问题在于，针对上述缺陷，提供进一步缩短天线尺寸并在低工作频段工作良好的读写器、电子标签和射频识别系统。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是一种读写器，与电子标签进行通信，包括射频识别读写器天线，所述射频识别读写器天线包括射频识别读写器天线，所述射频识别读写器天线包括介质基板，所述介质基板具有相对的第一表面及第二表面，所述介质基板的第一表面设置有辐射金属片以及围绕辐射金属片设置的馈线，所述辐射金属片形成有微槽结构。在本实用新型所述的读写器中，所述介质基板的第二表面设置有接地金属片，所述接地金属片与辐射金属片电连接。在本实用新型所述的读写器中，所述接地金属片与辐射金属片通过金属化通孔电连接。在本实用新型所述的读写器中，所述微槽结构包括互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构、互补式弯折线结构以及通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。本实用新型还提供一种电子标签，与读写器进行通信，其特征在于，包括射频识别标签天线，所述射频识别标签天线包括介质基板，所述介质基板具有相对的第一表面及第二表面，所述介质基板的第一表面设置有辐射金属片以及围绕辐射金属片设置的馈线，所述辐射金属片形成有微槽结构。在本实用新型所述的电子标签中，所述介质基板的第二表面设置有接地金属片， 所述接地金属片与辐射金属片电连接。在本实用新型所述的电子标签中，所述接地金属片与辐射金属片通过金属化通孔电连接。在本实用新型所述的电子标签中，所述微槽结构包括互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构、互补式弯折线结构以及通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。本实用新型还提供一种射频识别系统，至少包括电子标签和如上所述的读写器， 所述读写器通过射频识别读写器天线与所述电子标签通信。本实用新型还提供另一种射频识别系统，至少包括读写器和如上所述的电子标签，所述电子标签通过射频识别标签天线与所述读写器通信。实施本实用新型的技术方案，具有以下有益效果利用超材料的特殊电磁响应设计出辐射具有非常丰富的色散特性、可以形成多种辐射模式的新型电子标签或读写器天线。本实用新型可免去繁琐的阻抗匹配网络，具有尺寸小、加工简单、成本低廉的优点。
图1为本实用新型一种天线结构示意图；图加为互补式开口谐振环结构的示意图；图2b所示为互补式螺旋线结构的示意图；图2c所示为开口螺旋环结构的示意图；图2d所示为双开口螺旋环结构的示意图；图2e所示为互补式弯折线结构的示意图；图3a为图加所示的互补式开口谐振环结构其几何形状衍生示意图；图北为图加所示的互补式开口谐振环结构其扩展衍生示意图；图如为三个图加所示的互补式开口谐振环结构的复合后的结构示意图；图4b为两个图加所示的互补式开口谐振环结构与图恥所示为互补式螺旋线结构的复合示意图；图5为四个图加所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图；图6是本实用新型的射频识别系统的结构示意图；图7是本实用新型的另一射频识别系统的结构示意图。
具体实施方式
射频识别系统的读写器包括射频识别读写器天线，通过射频识别读写器天线与电子标签进行通信。为了更好的描述本实用新型的射频识别读写器天线的结构，采用透视图画法，如图1所示。应当注意的是，本实用新型提供的天线既适用于射频识别读写器天线， 也适用于射频识别标签天线。超材料是由具有一定图案形状的人造微结构按照特定方式周期排列于基材上而构成。人造微结构不同的图案形状和排列方式使得超材料具有不同的介电常数和不同的磁导率从而使得超材料具有不同的电磁响应。其中，当该人造微结构处于谐振频段时，该人造微结构将表现出高度的色散特性，所谓高度的色散特性是指该人造微结构的阻抗、容感性、 等效的介电常数和磁导率随着频率会发生剧烈的变化。本实用新型利用超材料的上述原理，设计一种天线，其利用人造微结构的高度色散特性将微槽结构形成于辐射金属片上，该辐射金属片和射频天线的馈线耦合作用使得天线具有丰富的辐射特性从而省去了阻抗匹配网络的设计实现天线的小型化。上述的微槽结构是人造微结构的一种形式。同时由于辐射金属片与接地金属片之间存在介质基板，根据介质材料电磁特性的不同导致两金属片之间的电容值改变，使得天线的工作频率也产生改变。下面以射频识别读写器天线为例进行阐述。如图1所示，图1为本实用新型天线的结构示意图。图1中，射频识别读写器天线包括介质基板1，介质基板1具有相对的第一表面及第二表面，介质基板1的第一表面设置有辐射金属片20以及围绕辐射金属片20设置的馈线10，辐射金属片20形成有微槽结构 201。馈线10和该辐射金属片20通过电容耦合方式馈入辐射金属片20 ；辐射金属片20上形成有微槽结构201。辐射金属片20以及在辐射金属片20上形成的微槽结构201使得辐射金属片20构成一个等效介电常数按照洛仑兹材料谐振模型色散的电磁材料从而实现改变天线辐射特性的目的。本实用新型的微槽结构201可以是图加所示的互补式开口谐振环结构、图2b所示的互补式螺旋线结构、图2c所示的开口螺旋环结构、图2d所示的双开口螺旋环结构、图加所示的互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。衍生分为两种，一种是几何形状衍生，另一种是扩展衍生，此处的几何形状衍生是指功能类似、形状不同的结构衍生，例如由方框类结构衍生到曲线类结构、三角形类结构及其它不同的多边形类结构；此处的扩展衍生即在图加至图2e的基础上开设新的槽以形成新的微槽结构；以图加所示的互补式开口谐振环结构为例，图3a为其几何形状衍生示意图，图北为其几何形状衍生示意图。此处的复合是指，图加至图2e的微槽结构多个叠加形成一个新的微槽结构，如图4a所示，为三个图加所示的互补式开口谐振环结构复合后的结构示意图；如图2b所示，为两个图加所示的互补式开口谐振环结构与图2b所示为互补式螺旋线结构共同复合后的结构示意图。此处的组阵是指由多个图加至图加所示的微槽结构在同一金属片上阵列形成一个整体的微槽结构，如图5所示，为多个如图加所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图。以下均以图2c所示的开口螺旋环结构为例阐述本实用新型。在辐射金属片20上形成微槽结构201的制造工艺有多种，例如蚀亥IJ、钻亥IJ、光亥IJ、 电子刻、离子刻等，其中蚀刻是较优的制造工艺，其步骤是在设计好合适的微槽结构的拓扑图案后，通过蚀刻设备，利用溶剂与金属的化学反应去除掉辐射金属片上预设微槽结构图案的金属部分，该辐射金属片即形成了所述的超材料。上述辐射金属片的材质可以是铜、银等任何金属。请继续参阅图1。虽然辐射金属片20和该辐射金属片20上形成的微槽结构201 的设置已经解决现有技术中的阻抗匹配复杂、阻抗损耗大、天线尺寸受限等问题，但是当天线需要工作在低频时，低频段的电磁波对应的波长较长，根据天线设计原理，天线馈线的电辐射长度将要增大。然而辐射金属片20的设置并不能有效解决这个问题，常规的解决办法是将天线馈线10围绕辐射金属片20多圈设置以增大馈线10对辐射金属片20上形成的微槽结构201的耦合馈电，但是此类设置必然使得馈线长度过长，馈线损耗增大从而使得天线性能下降。图1中，在与辐射金属片20相对的介质一面增设有接地金属片30。辐射金属片 20与接地金属片30电连接。电连接的方式为通过在介质上形成金属化通孔40，当然亦可通过其他常规电连接方式将辐射金属片20与接地金属片30电连接。接地金属片30与辐射金属片20容性耦合，对辐射金属片20上形成的微槽结构 201耦合馈电。接地金属片30对辐射金属片20上形成的微槽结构201耦合馈电有效的减少了馈线10对辐射金属片20上形成的微槽结构201耦合馈电的需求。因此无需增长馈线 10长度，且接地金属片30面积调节简单，针对不同的工作频段只需调整接地金属片30面积即可。且由于辐射金属片20与接地金属片30中间存在介质基板，根据介质材料电磁特性的不同将导致两金属片之间的电容值改变，使得天线的工作频率也随之改变。本实用新型还提供一种电子标签，该电子标签包括射频识别标签天线，通过射频识别标签天线与读写器进行通信。射频识别标签天线的具体结构设计同上述的射频识别读写器天线，即上文所述的内容同样适用于电子标签中的射频识别标签天线，因此不再赘述。本实用新型还提供了一种射频识别系统，如图6所示，射频识别系统600至少包括电子标签601和读写器602，读写器602包括如上所述的射频识别读写器天线。射频识别系统600工作时，由读写器602通过射频识别读写器天线发出射频信号，电子标签601通过标签天线接收到读写器602发出的读写指令后，返回射频信号进行响应，把ID号和物品信息传递给读写器602，从而实现物品自动识别。本实用新型还提供了另一种射频识别系统，如图7所示，射频识别系统700至少包括电子标签701和读写器702，电子标签701包括与上述任一实施例所述的射频识别读写器天线相同结构的射频识别标签天线。射频识别系统700工作时，由读写器702通过读写器天线发出射频信号，电子标签701通过射频识别标签天线接收到读写器702发出的读写指令后，返回射频信号进行响应，把ID号和物品信息传递给读写器702，从而实现物品自动识别。RFID的应用非常广泛，目前典型应用有动物晶片、汽车晶片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理等等。本实用新型利用超材料的特殊电磁响应设计出辐射具有非常丰富的色散特性、可以形成多种辐射模式的新型电子标签或读写器天线。本实用新型可免去繁琐的阻抗匹配网络，具有尺寸小、加工简单、成本低廉的优点。上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
权利要求1.一种读写器，与电子标签进行通信，其特征在于，包括射频识别读写器天线，所述射频识别读写器天线包括介质基板，所述介质基板具有相对的第一表面及第二表面，所述介质基板的第一表面设置有辐射金属片以及围绕辐射金属片设置的馈线，所述辐射金属片形成有微槽结构。
2.根据权利要求1所述的读写器，其特征在于，所述介质基板的第二表面设置有接地金属片，所述接地金属片与辐射金属片电连接。
3.根据权利要求1所述的读写器，其特征在于，所述接地金属片与辐射金属片通过金属化通孔电连接。
4.根据权利要求1所述的读写器，其特征在于，所述微槽结构包括互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构、互补式弯折线结构以及通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。
5.一种电子标签，与读写器进行通信，其特征在于，包括射频识别标签天线，所述射频识别标签天线包括介质基板，所述介质基板具有相对的第一表面及第二表面，所述介质基板的第一表面设置有辐射金属片以及围绕辐射金属片设置的馈线，所述辐射金属片形成有微槽结构。
6.根据权利要求5所述的电子标签，其特征在于，所述介质基板的第二表面设置有接地金属片，所述接地金属片与辐射金属片电连接。
7.根据权利要求5所述的电子标签，其特征在于，所述接地金属片与辐射金属片通过金属化通孔电连接。
8.根据权利要求5所述的电子标签，其特征在于，所述微槽结构包括互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构、互补式弯折线结构以及通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。
9.一种射频识别系统，其特征在于，至少包括电子标签和如权利要求1 4任一项所述的读写器，所述读写器通过射频识别读写器天线与所述电子标签通信。
10.一种射频识别系统，其特征在于，至少包括读写器和如权利要求5 8任一项所述的电子标签，所述电子标签通过射频识别标签天线与所述读写器通信。
专利摘要本实用新型涉及读写器、电子标签和射频识别系统。所述读写器与电子标签进行通信，包括射频识别读写器天线，所述射频识别读写器天线包括介质基板，所述介质基板具有相对的第一表面及第二表面，所述介质基板的第一表面设置有辐射金属片以及围绕辐射金属片设置的馈线，所述辐射金属片形成有微槽结构。本实用新型还涉及电子标签和射频识别系统。本实用新型利用超材料的特殊电磁响应设计出辐射具有非常丰富的色散特性、可以形成多种辐射模式的新型电子标签或读写器天线。本实用新型可免去繁琐的阻抗匹配网络，具有尺寸小、加工简单、成本低廉的优点。
文档编号G06K17/00GK202134026SQ20112021710
公开日2012年2月1日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者刘若鹏, 徐冠雄 申请人:深圳光启创新技术有限公司, 深圳光启高等理工研究院