一种小型化的uhf rfid抗金属标签天线的制作方法
【专利摘要】一种小型化的UHF RFID抗金属标签天线，包括介质基板，设置在介质基板上表面的金属层，设置在介质基板下表面的金属接地板，以及连接金属接地板和辐射单元的短路金属片；本实用新型提供的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，采用了FR4材料作为介质基板，耐摔性好，便于集成；金属接地板与下层介质基板的尺寸相同，提高了天线的牢固性；本实用新型的谐振频率为0.925GHz，处于我国UHF频段内，且具有较低的回波损耗和良好的辐射特性，天线在中心频率与芯片共轭匹配，保证天线传输到芯片的功率达到最大，也有效的解决了小型化、成本高、生产工艺复杂的难题。
【专利说明】-种小型化的UHF RFID抗金属标签天线
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及射频识别领域，特别是涉及一种小型化的UHF RFID抗金属标签天 线。
【背景技术】
[0002] RFID技术是一种基于射频原理的非接触式自动识别技术，广泛应用于很多领域。 目前市面的RFID电子标签规格繁多，电子标签作为物联网的信息载体也被广泛应用。在 RFID系统中，一般的电子标签在靠近金属表面时性能降低甚至失效，其主要原因是金属涡 流能量交换以及金属的反射波与入射波相位相反，叠加后相互抵消，电磁波信号极大衰减， 辐射效率和阻抗匹配因数也随之急剧减小，从而导致金属表面的电子标签难以获得足够的 能量激活芯片。在实际应用中，电子标签应用环境多为金属环境，设计优性能的抗金属标签 的已成为目前的研究趋势。但UHF RFID抗金属标签大多是利用距离为天线工作波长的四 分之一时，其读取距离比非金属环境下更远的原理设计出来的，而真空中UHF RFID标签 天线的四分之一波长约为8cm，致使UHF RFID抗金属标签的物理尺寸过大，不符合审美观 念，也不适合大规模生产。为了减小UHF抗金属标签天线的物理尺寸，业界通常采用高介电 常数的材料作为标签基板，但也因成本过高仅适用于部分产品。因此设计一款小型化、低成 本的UHF RFID抗金属标签已成为行业研究的一个热点。 实用新型内容
[0003] 本实用新型解决的问题主要是优化UHF RFID标签的抗金属性能以及解决目前抗 金属尺寸过大和成本过高的问题，提出一种新型的结构，能使UHF RFID抗金属标签尽可能 的小型化和低成本化。其技术方案如下：
[0004] 一种小型化的UHF RFID抗金属标签天线，包括介质基板，设置在介质基板上表面 的金属层，设置在介质基板下表面的金属接地板，以及连接金属接地板和辐射单元的短路 金属片，所述的金属层由辐射单元、L形调节振子、W形调节振子以及阻抗匹配环四部分组 成；所述的辐射单元是一个矩形，紧贴介质基板的下边缘设置，以介质基板中轴线为矩形的 中心线；所述的L形调节振子和W形调节振子均以介质基板的中轴线为对称轴设置在辐射 单元外围；所述的阻抗匹配环上端两侧与W形调节振子的末端相连设置在辐射单元的外 围的上端；标签芯片端口设置于介质基板的中轴线上，两侧与所述阻抗匹配环的下端相连； 所述的短路金属片是两块对称设置的矩形贴片，分别对齐辐射单元的左右边缘，连接所述 的福射单元和金属接地板构成PIFA结构。
[0005] 进一步的，所述金属接地板的尺寸与所述介质基板的尺寸相同，长度均为 29mm?31mm,宽度均为29?30mm。
[0006] 进一步的，所述介质基板为FR4板材，介电常数为4. 4,损耗角正切值为0.02， 板材的厚度为I. 6mm。
[0007] 进一步的，所述的L形调节振子的长端设置在辐射单元外围的左右两端，所述的W 形调节振子的首端与L形调节振子的短端相连设置在辐射单元外围的上端。
[0008] 进一步的，所述的福射单元正方形贴片的边长为16mnTl7mm。
[0009] 进一步的，所述的L形调节振子长端的长为26mnT27. 5mm，短端长为0. 5mnT〇. 8mm, 贴片宽度为I. 5mm ;所述的W形调节振子的总长度为8mnT9mm，总宽度为7mnT8mm，贴片宽度 为 L 3mm^l. 6mm〇
[0010] 进一步的，所述的阻抗匹配环为变形的T形匹配环，上端偶极子长为5mnT6. 5mm， 贴片宽度为Imm ;两坚线偶极子的长度为7mnT8mm，贴片宽度为1mm，距离中心轴线的距离为 0. 7mm ;第一弯折偶极子的长为6mnT7mm，第二弯折偶极子的长为0. 5mnTlmm，第三弯折偶极 子的长为8mnT8. 5mm，弯折偶极子的贴片宽度均为1mm。
[0011] 进一步的，所述的短路金属片长均为I. 6mm，宽为1mm。
[0012] 本实用新型提供的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，采用了 FR4材料作为介质 基板，耐摔性好，便于集成；金属接地板与下层介质基板的尺寸相同，提高了天线的牢固性 ;本实用新型的谐振频率为〇. 925GHz，处于我国UHF频段内，且具有较低的回波损耗和良 好的辐射特性，天线在中心频率与芯片共轭匹配，保证天线传输到芯片的功率达到最大，也 有效的解决了小型化、成本高、生产工艺复杂的难题。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本实用新型天线的俯视图。
[0014] 图2是是本实用新型天线的主视图。
[0015] 图3是本实用新型天线的回波损耗仿真图。
[0016] 图4是本实用新型天线电阻特性仿真图。
[0017] 图5是本实用新型天线电抗特性仿真图。
[0018] 图6是本实用新型天线的增益仿真图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0020] 如图1、2所示，本实用新型的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，包括介质基 板1，设置在介质基板1上表面的金属层9,设置在介质基板1下表面的金属接地板2,以及 连接金属接地板2和福射单元3的短路金属片7,所述的金属层9由福射单元3、L形调节 振子4、W形调节振子5以及阻抗匹配环6四部分组成；所述的辐射单元3是一个正方形，紧 贴介质基板1下边缘设置，以介质基板1中轴线为正方形的中心线；所述的L形调节振子4 和W形调节振子5均以介质基板1的中轴线为对称轴设置在辐射单元3外围，其中L形调 节振子4的长端设置在辐射单元3外围的左右两端，L形调节振子4短端与W形调节振子5 的首端相连设置在辐射单元3外围的上端；所述的阻抗匹配环6两端与W形调节振子5的 末端相连设置在辐射单元3的外围的上端；标签芯片端口 8设置于介质基板1的中轴线上， 两侧与所述阻抗匹配环6的第三弯折偶极子相连；所述的短路金属片7是两块对称设置的 矩形贴片，分别对齐辐射单元3的左右边缘，上下连接辐射单元3和金属接地板2构成PIFA 结构。
[0021] 作为比较优选的方案，介质基板1采用FR4材料，介电常数为4. 4，损耗角正切值 为0. 02，板材的厚度为I. 6mm。金属接地板2、辐射单元3、L形调节振子4、W形调节振子 5、阻抗匹配环6以及短路金属片7的材料均为铜，厚度为0. 018_。标签天线端口 8为天线 负载端口，本实用新型采用的标签芯片为Impinj_Monza4,芯片阻抗为10. 2-jl42Q。通过 对辐射单元3、L形调节振子4、W形调节振子5、阻抗匹配环6以及短路金属片7物理尺寸 的合理设计，并由图4、图5看出谐振频率为0. 925GHz时其阻抗为10. 6+j 128 Ω，基本达到 了阻抗共轭匹配。图3为本实用新型的回波损耗仿真图，通过图看出，本实用新型具有较低 的回波损耗和良好的辐射特性。图6为0. 925GHz时天线E面和H面的辐射方向图，其中虚 线为E面辐射方向图，实线为H面辐射方向图。
[0022] 本实用新型所述的金属接地板2的尺寸与所述的介质基板1的尺寸相 同，长度均为27mnT29mm，宽度均为29mnT30mm，本实例中介质基板尺寸为30mm X 29. 2mm〇
[0023] 所述的辐射单元3正方形贴片的边长为16mnTl7mm，本实例正方形贴片的边长为 16mm ；
[0024] 所述的L形调节振子4长端的长为26mnT27· 5mm，短端长为0· 5mnT〇· 8mm，贴片宽 度为I. 5mm，本实例中长端长为27. 3mm，短端长为0. 5mm ;所述的W形调节振子5的总长度 为8mnT9mm,总宽度为7mnT8mm，贴片宽度为I. 3mnTl· 6mm，本实例中W形调节振子5的总长 度为8. 8mm，总宽度为7mm，贴片宽度为I. 5mm ;
[0025] 所述的阻抗匹配环6为变形的T形匹配环，上端偶极子长为5mnT6. 5mm，贴片宽度 为Imm;两坚线偶极子的长度为7mnT8mm，贴片宽度为1mm，距离中心轴线的距离为0.7mm; 第一弯折偶极子的长为6mnT7mm，第二弯折偶极子的长为0. 5mnTlmm，第三弯折偶极子的长 为8mnT8· 5mm，弯折偶极子的贴片宽度均为1mm，本实例中，上端偶极子长为6mm,两坚线偶 极子的长度为7. 3mm，第一弯折偶极子的长为7mm，第二弯折偶极子的长为0.5mm，第三弯 折偶极子的长为8. 3mm。
[0026] 所述的短路金属片7长均为I. 6mm，
[0027] 宽为 1_。
【权利要求】
1. 一种小型化的UHF RFID抗金属标签天线，包括介质基板（1)，设置在介质基板（1)上 表面的金属层（9)，设置在介质基板（1)下表面的金属接地板（2)，以及连接金属接地板（2) 和辐射单元（3)的短路金属片（7)，其特征在于：所述的金属层（9)由辐射单元（3)、L形调 节振子（4)、W形调节振子（5)以及阻抗匹配环（6)四部分组成；所述的辐射单元（3)是一 个矩形，紧贴介质基板（1)的下边缘设置，以介质基板（1)中轴线为矩形的中心线；所述的L 形调节振子（4)和W形调节振子（5)均以介质基板（1)的中轴线为对称轴设置在辐射单元 (3)外围；所述的阻抗匹配环（6)上端两侧与W形调节振子（5)的末端相连设置在辐射单元 (3)的外围的上端；标签芯片端口（8)设置于介质基板的中轴线上，两侧与所述阻抗匹配环 的下端相连；所述的短路金属片（7)是两块对称设置的矩形贴片，分别对齐辐射单元（3)的 左右边缘，连接所述的辐射单元和金属接地板构成PIFA结构。
2. 如权利要求1所述的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，其特征在于：所述金属接 地板（2)的尺寸与所述介质基板（1)的尺寸相同，长度均为29mnT31mm，宽度均为29~30mm。
3. 如权利要求1所述的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，其特征在于：所述介质基 板（1)为FR4板材，介电常数为4. 4,损耗角正切值为0.02,板材的厚度为1.6mm。
4. 如权利要求1所述的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，其特征在于：所述的L形 调节振子（4)的长端设置在辐射单元（3)外围的左右两端，所述的W形调节振子（5)的首端 与L形调节振子（4)的短端相连设置在辐射单元（3)外围的上端。
5. 如权利要求1所述的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，其特征在于：所述的辐射 单元（3)正方形贴片的边长为16mnTl7mm。
6. 如权利要求4所述的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，其特征在于：所述的L形 调节振子（4)长端的长为26mnT27. 5mm，短端长为0. 5mnT〇. 8mm，贴片宽度为1. 5mm ;所述的 W形调节振子（5)的总长度为8mnT9mm，总宽度为7mnT8mm，贴片宽度为1. 3mnTl. 6mm。
7. 如权利要求1所述的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，其特征在于：所述的阻抗 匹配环（6)为变形的T形匹配环，上端偶极子长为5mnT6. 5mm，贴片宽度为1mm ;两坚线偶极 子的长度为7mnT8mm，贴片宽度为1mm，距离中心轴线的距离为0. 7mm ;第一弯折偶极子的长 为6mnT7mm，第二弯折偶极子的长为0. 5mnTlmm，第三弯折偶极子的长为8mnT8. 5mm，弯折偶 极子的贴片宽度均为1mm。
8. 如权利要求1所述的小型化的UHF RFID抗金属标签天线，其特征在于：所述的短路 金属片（7)长均为1. 6mm，宽为1mm。
【文档编号】H01Q1/38GK204189950SQ201420639948
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】洪涛, 卢玉凤, 胡雪莲, 申玉胜, 黄先阳 申请人:中国计量学院