抗金属射频识别标签以及包括该标签的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，涉及一种可用于金属表面的抗金属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标签的可用于金属表面的特性。

本实用新型的又一目的在于，降低可用于金属表面的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，提供一种抗金属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：

一个块状的主辐射体，其关于中心轴对称；

在所述主辐射体的第一端设置的并位于所述中心轴的两侧的两个倒L形开槽，该两个L形开槽关于中心轴对称；

在所述主辐射体的第二端设置的并位于所述中心轴的两侧的两个块状开槽，该两个扇形开槽关于中心轴对称，其中所述第一端和第二端沿所述中心轴方向定义的；

在所述主辐射体上设置的由两部分开槽组成的Y形开槽，其中，所述两部分开槽之间形成馈线，所述Y形开槽的两部分开槽关于中心轴对称；

其中，所述主辐射体和L形开槽共同地被配置为使所述标签天线与所述标签芯片容性匹配，所述块状开槽和Y形开槽共同地被配置为使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抗金属RFID标签的一实施例，其中，所述标签天线的馈电点位于所述馈线与所述辐射体之间的接口处，所述标签芯片置于所述馈电点。

按照本实用新型提供的抗金属RFID标签的又一实施例，其中，在0.1mm至13mm范围内可操作地分别设置所述倒L形开槽水平部分和垂直部分的宽度，以实现标签天线与所述标签芯片容性匹配；并且/或者在0.1mm至15mm范围内可操作地分别设置所述倒L形开槽的水平部分和垂直部分与辐射体边沿的距离，以实现标签天线与所述标签芯片容性匹配；并且/或者在0.1mm至15mm范围内分别设置所述倒L形开槽水平部分和垂直部分与辐射体边沿的距离，以实现标签天线与所述标签芯片容性匹配。

在之前任一所述实施例的抗金属RFID标签中，优选地，所述L形开槽为两段相互垂直的开槽连接而组成，每段开槽的宽度在0.1mm至13mm范围内可操作地分别设置。

在之前任一所述实施例的抗金属RFID标签中，可选地，所述主辐射体可以为矩形方块状、梯形方块状、正方形方块状或者扇形块状，或者可以为矩形方块状、梯形方块状、正方形方块状和扇形块状的组合体。

按照本实用新型提供的抗金属RFID标签的再一实施例，其中，在0mm至40mm范围内可操作地设置所述扇形开槽的半径，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30mm范围内可操作地分别设置所述Y形开槽的两部分开槽的任意一部分的三段线状开槽的宽度，也即所述三段线状开槽的宽度可以设置成各不相同，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30mm范围内可操作地分别设置所述组成Y形开槽的两部分开槽的任意一部分的三段线状开槽的长度，也即所述三段线状开槽的长度可以设置成各不相同，以实现标签天线与所述标签芯片感性匹配。

在之前所述任一实施例的抗金属RFID标签中，优选地，所述Y形开槽的两部分开槽的任意一部分由三段开槽连接组成。

其中，所述Y形开槽相对靠近所述第二端，所述Y形开槽的开口朝向所述第一端。

在之前任一所述实施例的抗金属RFID标签中，优选地，所述Y形开槽位于所述中心轴处，并且关于中心轴对称。

在之前任一所述实施例的抗金属RFID标签中，优选地，所述Y形开槽的两部开槽的三段开槽中的垂直段相对于所述主辐射体的垂直边沿基本平行设置。

在之前任一所述实施例的抗金属RFID标签中，优选地，所述Y形开槽的两部开槽的三段开槽中的水平段相对于所述主辐射体的水平边沿基本平行设置。

在之前任一所述实施例的抗金属RFID标签中，优选地，所述Y形开槽为线状开槽。

在之前任一所述实施例的抗金属RFID标签中，优选地，所述主辐射体的面积范围为150平方毫米至10000平方毫米；所述基体的厚度范围为0.1mm至60mm。

在之前任一所述的抗金属RFID标签中，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抗金属RFID标签。

本实用新型的技术效果是，该抗金属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，可以方便地应用与金属表面。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抗金属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抗金属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抗金属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抗金属RFID标签的结构示意图。如图1所示，标签10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100处。标签天线包括一个关于中心轴150对称的块状辐射体160、位于辐射体160一端两侧并关于中心轴150对称的倒L形开槽140、位于辐射体160另一端两侧并关于中心轴150对称的倒扇形开槽130、位于靠近扇形开槽130一端并关于中心轴150对称的Y形开槽120以及在位于Y型开槽120形成的馈线110上的馈电点100。

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100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，标签天线为一个块状的辐射体160，关于一条中心轴150对称。主辐射体160的形状可以为矩形、梯形、扇形、正方形或者它们的组合体等，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。

辐射体160的面积范围为150平方毫米至10000平方毫米。在辐射体顶部两侧设置有两个关于中心轴对称的倒L形开槽140。所述倒L形开槽140由水平开槽和垂直开槽连接构成；其中，水平开槽宽度范围可以为0.1mm至13mm，例如1mm，垂直开槽的宽度范围可以为0.1mm至13mm，例如1mm；水平开槽的长度范围可以为0.2mm至30mm，例如10mm，垂直开槽的长度范围可以为0.2mm至30mm，例如20mm。倒L形开槽140水平部分与辐射体160的相应侧水平边沿的距离范围可以为0.1mm至15mm，例如1mm，垂直部分与辐射体160的相应侧的垂直边沿的距离范围可以为0.1mm至15mm，例如1mm。

如图1所示，在辐射体160底部两侧设置有两个关于中心轴对称的块状开槽，例如长方形的辐射体160的底角两侧被开槽形成如图1所示的扇形开槽130，扇形开槽130的半径的范围为0mm至40mm，例如15mm。在其他替换实施例中，扇形开槽130也可以设置成三角形开槽230(如图2所示)或者方块状开槽330(如图3所示)等块状开槽；当然，在其他实施例中，也可以设置成梯形或者方块形与梯形的组合体，其并不限于本实用新型提到的形状。

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，标签天线还包括靠近扇形开槽130一端的Y形开槽120。在该实施例中，Y形开槽120的开口朝向倒L形开槽140的一端，并关于中心轴对称。所述Y形开槽120由中心轴线的左右侧的两部分开槽组成，该两部分开槽之间被辐射体隔离并关于中心轴对称；两部分开槽的任意一部分可以由三段线状开槽连接组成，每段开槽的宽度和/或长度都可以在0.2mm至30mm范围内(例如5mm)进行设置，一般地，三段开槽可以具有相同的宽度；并且，每段开槽在水平和/或垂直方向上与辐射体160的边沿平行或垂直。在其它实施例中，组成Y形开槽120的三段开槽也可以设置成与辐射体160的边沿有一定的夹角，如15°。

馈电点100位于Y形开槽形成的馈线110与辐射体160连接处，因此馈电点100距离辐射体160的范围可以为0.2mm至20mm，例如3mm。其中，馈线110至少部分位于Y形开槽120的两部分开槽之间并位于中心轴150上。

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160的面积来调节，和/或通过设置倒L形开槽140的结构特征尺寸来调节；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扇形开槽130、Y形开槽130的结构特征尺寸来调节，例如，调节Y形开槽120的水平段部分的长度，和/或调节扇形开槽130的半径等。

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160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150mm²至10000mm²范围内调节设置主辐射体160的面积(诸如设置为600mm²)来实现；通过调节扇形开槽130、Y形开槽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，在0mm至40mm范围内调节设置所述扇形开槽130的半径(诸如设置为12mm)，或者在0.2mm至30mm范围内分别调节设置组成Y形开槽120的三段开槽的宽度(诸如设置为1mm或2mm)，又或者在0.2mm至30mm范围内分别调节设置组成Y形开槽120的三段开槽的长度(诸如设置为8mm或20mm)，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标签应用于金属表面环境时，RFID标签天线的设计灵活性大大增加，根据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30mm范围内分别调节设置组成Y形开槽120的三段开槽的宽度和/或长度时，每部分段的开槽宽度/或长度可以不相等，即三段开槽可以分别各自调节其宽度/或长度，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抗金属RFID标签的平面结构示意图。如图2所示，标签20同样包括基体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200处。标签天线包括一个关于中心轴250对称的块状辐射体260、位于辐射体260一端两侧并关于中心轴250对称的倒L形开槽240、位于辐射体260另一端两侧并关于中心轴250对称的三角形开槽230、位于靠近三角形开槽230一端并关于中心轴250对称的Y形开槽220以及在位于Y型开槽220形成的馈线210上的馈电点200。相对与图1所示实施例的标签天线，其差别在于扇形开槽130与三角形开槽230之间的差别。

图3所示为按照本实用新型第三实施例提供的抗金属RFID标签的平面结构示意图。如图3所示，标签30同样包括基体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300处。标签天线包括一个关于中心轴350对称的块状辐射体360、位于辐射体360一端两侧并关于中心轴350对称的倒L形开槽340、位于辐射体360另一端两侧并关于中心轴350对称的矩形开槽330、位于靠近矩形开槽330一端并关于中心轴350对称的Y形开槽320以及在位于Y型开槽320形成的馈线310上的馈电点300。相对与图1所示实施例的标签天线，其差别在于扇形开槽130与矩形开槽330之间的差别。

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表面的环境中，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。