用于金属环境的射频识别标签以及射频识别系统的制作方法

本实用新型属于射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术领域，涉及一种抗金属RFID标签以及包括该RFID标签的RFID系统。

背景技术：

RFID技术已经被广泛已经被广泛应用于各个领域，例如，货物销售、运输、生产、废物管理、邮政跟踪、航空行李管理、车辆收费管理等领域，传统的纸带条形码因其存储能力小、不能改写等缺点，在识别领域，其已经慢慢被RFID系统所替代。

RFID系统通常地包括多个RFID标签、至少一个与该RFID标签通信的具有天线的RFID读取器、以及用于控制该RFID读取器的计算装置。通常地，RFID标签由RFID标签天线和标签芯片组成；RFID读取器包括：用于将能量或信息提供到RFID标签的发送器以及用于从RFID标签接收身份和其它信息；计算装置处理通过RFID读取器所获得的信息。RFID读取器的发送器经由天线输出RF(Radio Frequency，射频)信号，从而产生电磁场，该电磁场使得标签返回携带信息的RF信号。

在RFID标签中，电磁场所产生的无线电波信号是经由其RFID标签天线传送到标签芯片，并且，标签芯片的电流信号是通过RFID标签天线传送到空间中。但是，普通RFID标签在贴附应用于金属表面(例如车牌)的产品上时，由于金属表面对入射电磁波的反射作用，将会有较强的反方向电磁波也穿过电子标签，金属与RFID标签之间由此产生近距离耦合效应，使得RFID天线的输入阻抗、方向图、增益、带宽等参数都发生变化，进而严重影响RFID读取器对RFID标签的读取距离，甚至无法读取而导致天线失效。

因此，为避免以上现象限制RFID标签在金属环境下的应用，现有技术中主要通过以下几种方式来改善RFID标签在金属环境下的读取情况。

第一种是，通过调整RFID标签中的天线与金属表面之间距离。当天线与金属表面之间的距离被调整为0.25λ₀(真空中的工作波长)时，金属表面造成的反射波和工作用电磁波将同相叠加，天线的性能将得以保持甚至改善。但是该方法不可避免地使RFID标签的厚度和体积大大增加。

第二种是，在金属表面和RFID标签的天线之间填充高介电常数物质。该高介电常数物质可以用作RFID标签的衬底或基体，从而可以缩短金属表面与天线之间的电磁波波长，并使反射波变成有助于天线正常工作的电磁波。例如，申请号为PCT/JP2007/001287的国际中提出了EGB(Electromagnetic Band-Gap，电磁带隙)结构的RFID标签，这种EGB结构在结构上相对复杂，难于加工制造。并且这种方式依赖于高介电常数物质，不可避免地带来高成本的问题。

另外，也还有在RFID标签中设置吸波材料以吸收反射波的解决方式，例如，IFA(Inverted F Antenna，反向F天线)。但是，吸波材料吸收也吸收RFID读取器发射的部分电磁波，导致能量容易耗散在吸波材料中，并没有被RFID标签(特别是无源标签类型)很好地利用。并且，吸波材料的设置也不可避免地带来高成本的问题。

有鉴于此，有必要提出一种新型的抗金属RFID标签。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一在于，实现RFID标签的抗金属特性。

本实用新型的又一目的在于，降低抗金属RFID标签的成本。

为实现以上目的或者其它目的，本实用新型提供以下技术方案。

按照本实用新型的一方面，提供一种RFID标签，包括基体以及设置于所述基体之上的标签天线以及标签芯片，所述标签天线包括：

一个块状的第一主辐射体，其关于中心轴对称；

两个关于中心轴对称的块状的第二主辐射体；

关于所述中心轴对称的、将位于所述中心轴上的馈电点与所述第一主辐射体连接的第一馈线；

位于所述第一主辐射体与第二主辐射体之间的第二馈线；

其中，所述第一馈线至少部分地与每个第二主辐射体缝隙耦合，所述第二主辐射体用于实现所述标签天线与所述标签芯片容性匹配； 所述第一馈线和第一主辐射体共同用于实现所述标签天线与所述标签芯片感性匹配。

按照本实用新型提供的RFID标签的一实施例，其中，在0.2mm至20mm范围内可操作地设置所述第一馈线与所述第一辐射体之间的间距，以实现标签天线与所述标签芯片感性匹配。并且/或者在0.2mm至13mm范围内可操作地设置所述第一馈线的宽度，以实现标签天线与所述标签芯片感性匹配。并且/或者在5mm至60mm范围内可操作地设置与每个第二主辐射体缝隙耦合的部分的第二馈线的长度范围，以实现标签天线与所述标签芯片感性匹配。

在之前所述的RFID标签实施例中，优选地，所述第一馈线为被馈电点分割成两端U形馈线，每段馈线的宽度各自在0.2mm至13mm范围内可操作地设置。

在之前所述的RFID标签实施例中，可选地，所述主辐射体可以为矩形方块状、梯形方块状或正方形方块状。

按照本实用新型提供的RFID标签的再一实施例，其中，在50平方毫米至1200平方毫米范围内可操作地设置每个主辐射体的面积，以实现该实现所述标签天线与所述标签芯片容性匹配。

在之前所述的RFID标签实施例中，可选地，所述与每个主辐射体缝隙耦合部分的第二馈线相对于该主辐射体平行地设置或倾斜地设置。

在之前所述的RFID标签实施例中，优选地，所述第一馈线为U形馈线，该U形馈线的开口朝向所述第一主辐射体。

在之前所述的RFID标签实施例中，优选地，所述第二馈线为直馈线。

在之前所述的RFID标签实施例中，优选地，第一主辐射体、第二馈线和第二主辐射体以形成基本为“凸”字形的平面标签天线。

在之前所述的RFID标签实施例中，优选地，所述基体的厚度范围为0.1mm至60mm。

在之前所述的RFID标签实施例中，优选地，所述基体为泡沫材料制成。

按照本实用新型的又一方面，提供一种射频识别系统，其包括多个如上所述及的任意一种RFID标签。

本实用新型的技术效果是，该RFID标签通过标签天线的形状的灵活性设计，从而使其可调节设置性强，易于在金属环境下实现标签天线与标签芯片之间的阻抗匹配，因此，抗金属特性好。并且，不依赖于RFID标签的基体的厚度和/或材料，成本低，厚度小并且体积小。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本实用新型的上述和其它目的及优点更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1是按照本实用新型第一实施例提供的RFID标签的结构示意图。

图2是按照本实用新型第二实施例提供的RFID标签的结构示意图。

图3是按照本实用新型第三实施例提供的RFID标签的结构示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本实用新型的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本实用新型的基本了解，并不旨在确认本实用新型的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其它实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。

图1所示为按照本实用新型第一实施例提供的RFID标签的结构示意图。在该实施例中，标签10包括基体1000、标签芯片900以及由金属形成的RFID标签天线。RFID标签天线可以通过印刷、刻蚀等方法构图形成于基体1000之上(如图中所示形状)，从而形成平面天线；标签芯片900置于RFID标签天线的馈电点160处。

首先对图1所示RFID标签的平面标签天线的结构进行详细说明。

如图1所示，标签天线包括一个块状的第一主辐射体140、两个块状的第二主辐射体110，第一主辐射体140关于其中一中心轴190对称， 两个第二主辐射体110关于其中一中心轴190对称。主辐射体140、110的形状可以为矩形、梯形或者正方形等，但是其具体形状不受本实用新型实施例限制。通过将主辐射体设置为块状，其有效辐射面积较大，能有效地提高标签天线的整体增益以及RCS(Radar Cross-Section，雷达散射截面)值。

两个主辐射体110之间的间距范围可以为5mm至100mm，在两个主辐射体110的之间，可以设置U形的馈线120。U形馈线120的两端与主辐射体140直接连接进行馈电；U形馈线120两段垂直部分馈线分别与每个第二主辐射体110之间形成缝隙，从而使其垂直部分与主辐射体在工作时实现缝隙耦合，也即，主辐射体110可以通过U形馈线的垂直段部分来实现缝隙耦合馈电。馈电点160设置在U形馈线120位于中心轴处，并把U形馈线120分割成关于所述中心轴对称的两段。

优选地，U形馈线的垂直段部分与每个主辐射体110之间基本平行地设置；当然，在其它实施例中，U形馈线的水平段部分与每个主辐射体110之间也可以以较小夹角倾斜地设置。

需要说明的是，上述“水平部分”和“垂直部分”是相对于该图1所示实施例的RFID标签的放置方位来定义的，它们只是相对的概念。在RFID标签的放置方位发生变化时，其也随之相对变化。

继续如图1所示，标签天线还包括连接主辐射体140和主辐射体110的直馈线150。在该实施例中，主辐射体140基本对准两个主辐射体110之间的区域设置，两条直馈线150分别设置于主辐射体140的左边沿和右边沿，并关于中心轴190对称。因此，主辐射体140、两条直馈线150和两个主辐射体110基本地排列形成了一个“凸”字形状；这样，有利于节省标签天线的面积。

在实际应用中，标签芯片900的阻抗可以表示为(A’+B’j)欧姆，其中，“A’”表示阻抗的实部，“B’”表示阻抗的虚部；RFID标签的标签天线阻抗可以表示为(A+Bj)欧姆，其中，“A”表示阻抗的实部，“B”表示阻抗的虚部。在本实用新型中，标签天线的阻抗的实部大小可以通过调节设置主辐射体110的面积来调节，标签天线的阻抗的虚部大小可以通过调节设置标签天线的U形馈线120的结构特征尺寸来调节，例如，调节U形馈线120的垂直段部分与主辐射体110之间的缝隙间 距，和/或调节U形馈线120的垂直部分的长度。

为实现RFID标签天线与标签芯片最大能量传输，必须尽量实现二者阻抗的共轭匹配，也即(A’+B’j)＝(A+Bj)。因此，必须使实现该RFID标签天线与该标签芯片900之间容性匹配，也即两者的阻抗的实部基本相等(A’＝A)；也必须使实现该RFID标签天线与该标签芯片900之间感性匹配，也即两者的阻抗的实部基本相等(B’＝B)。在该实用新型中，通过调节设置主辐射体110的面积来实现RFID标签天线与该标签芯片900之间的基本容性匹配(也即A’基本等于A)，例如，在50mm²至1200mm²范围内调节设置主辐射体110的面积(诸如设置为600mm²)来实现；通过调节U形馈线120的形状特征尺寸来实现RFID标签天线与该标签芯片900之间的基本感性匹配(也即B’基本等于B)，例如，通过在0.2mm至13mm范围内调节设置U形馈线120与每个辐射体110之间的缝隙间距(诸如设置为10mm)，或者通过在0.2mm至13mm范围内调节设置U形馈线120的宽度(诸如设置为6mm或8mm)，或者通过在5mm至60mm范围内调节设置U形馈线的垂直段部分的长度范围(诸如设置为20mm或40mm)，也或者通过以上几种方式的任意组合来共同实现标签天线与该标签芯片900之间的基本感性匹配。因此，在该RFID标签应用于金属环境时，RFID标签天线的设计灵活性大大增加，随着环境变化可以调节设计RFID标签天线，易于使标签天线随环境变化而实现阻抗匹配，消除了金属反射对RFID标签的影响。

需要说明的是，在0.2mm至13mm范围内调节设置U形馈线120的宽度时，组成U形馈线的水平和垂直的两段馈线的宽度可以不相等，即馈线可以分别各自调节其水平部分和垂直部分的宽度，从而有利于调整电流通阻程度、实现细微的阻抗调节。

进一步，在通过本实用新型的标签天线设计灵活性强的情况下，RFID标签10的抗金属特性并不依赖于基体1000，例如，基体1000不再需要选择高介电常数物质材料，基体1000的厚度也不需要设置为0.25λ₀，因此，RFID标签10的成本可以大大降低，厚度也可以降低。在该实施例中，基体1000可以选择成本相对高但抗辐射特性好的FR4(环氧玻璃布)、聚乙烯(polyethene)或聚酯(polyester)等材料，也可以选择成本的泡沫等材料。RFID标签天线10的整体厚度也可以 设置在0.1mm至60mm范围内(例如5mm)，因此，在抗金属的同时，厚度相对较小。

通过对图1所示实施例中的标签天线的形状进行变化设置，可以得到以下实施例的RFID标签。

图2所示为按照本实用新型第二实施例提供的RFID标签的结构示意图。如图2所示，RFID标签20同样地包括基体1000、标签芯片900以及置于该基体上的标签天线，标签芯片900置于标签天线的馈电点260处。标签天线包括一个关于中心轴290对称设置的主辐射体240、两个关于中心轴290对称设置的主辐射体210、置于两个主辐射体210之间区域的馈线220、连接主辐射体240和主辐射体210的馈线250。相比于图1所示实施例的标签天线，其差别包括U型馈线120与馈线220之间的形状差异、主辐射体140与240的形状差异。主辐射体210同样地与馈线220的垂直段部分实现缝隙耦合。

图3所示为按照本实用新型第三实施例提供的RFID标签的结构示意图。如图3所示，RFID标签30同样地包括基体1000、标签芯片900以及置于该基体上的标签天线，标签芯片900置于标签天线的馈电点360处。标签天线包括一个关于中心轴390对称设置的主辐射体340、两个关于中心轴390对称设置的主辐射体310、置于两个主辐射体310之间区域的馈线320、连接主辐射体340和主辐射体310的馈线350。相比于图1所示实施例的标签天线，其差别包括主辐射体140与340的形状差异，主辐射体110与主辐射体310的形状差异。主辐射体310同样地与U形馈线320的垂直段部分实现缝隙耦合。

以上图2至图3所示实施例的RFID标签中与图1所示实施例的RFID标签的相同部分的设置及工作原理不再一一描述，同样地，图2至图3实施例的RFID标签可以应用于金属环中，抗金属特性好。

本实用新型同时提供RFID系统，其包括多个以上实施例中所描述的RFID标签(10、20或30)，该RFID系统还包括具有天线的RFID读取器、以及用于控制该RFID读取器的计算装置。RFID读取器和计算装置为本领域技术人员完全能够实现的部件，在此不再一一描述。

以上例子主要说明了本实用新型的RFID标签及其RFID系统。尽管只对其中一些本实用新型的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本实用新型可以在不偏离其主旨与范围内以许多 其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本实用新型精神及范围的情况下，本实用新型可能涵盖各种的修改与替换。