本實(shí)用新型屬于天線技術(shù)與無(wú)線通信領(lǐng)域，涉及一種具有人工磁導(dǎo)體反射板的抗金屬RFID標(biāo)簽天線。

背景技術(shù)：

RFID英文全稱是Radio Frequency Identification，中文名為射頻識(shí)別技術(shù)，又稱電子標(biāo)簽、無(wú)線射頻識(shí)別，是一種可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸的通信技術(shù)。

RFID標(biāo)簽天線作為RFID系統(tǒng)的重要組成部分，它的性能將極大的影響整個(gè)RFID系統(tǒng)的效率與質(zhì)量。影響RFID天線性能的主要因素包括天線的尺寸、工作頻段、阻抗及增益等。一般常用的RFID天線常采用彎折線型偶極子形式，便于縮減天線尺寸及天線加工。但這類RFID天線使用在金屬材質(zhì)的物品上時(shí)，由于金屬的反射相位為180°的特性，天線輻射的電磁波會(huì)被反射波消減，造成增益下降；并且由于天線與金屬之間的近場(chǎng)耦合，天線阻抗會(huì)受到嚴(yán)重影響，造成能量效率下降。為了應(yīng)對(duì)RFID標(biāo)簽天線在金屬環(huán)境下的應(yīng)用場(chǎng)合，使用人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)作為天線反射板來(lái)改變背向反射特性，同時(shí)減小金屬對(duì)天線阻抗的影響，是一種提高RFID標(biāo)簽天線抗金屬性能的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有人工磁導(dǎo)體反射板的抗金屬RFID標(biāo)簽天線。

本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種具有人工磁導(dǎo)體反射板的抗金屬RFID標(biāo)簽天線，包括彎折型偶極子標(biāo)簽天線和設(shè)置在彎折型偶極子標(biāo)簽天線背面的人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)反射板；所述彎折型偶極子標(biāo)簽天線包括天線基底和覆蓋在天線基底正面的中心的矩形阻抗匹配結(jié)構(gòu)、兩側(cè)分別經(jīng)過(guò)五次彎折的微帶線閉環(huán)結(jié)構(gòu)和外沿的微帶線環(huán)繞結(jié)構(gòu)；所述人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)反射板正面包括兩片間隔一定距離的關(guān)于中心對(duì)稱的矩形金屬貼片，背面完全覆蓋金屬。

進(jìn)一步地，所述彎折型偶極子標(biāo)簽天線和人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)反射板中間設(shè)置塑料泡沫板。

進(jìn)一步地，所述矩形阻抗匹配結(jié)構(gòu)呈扁長(zhǎng)的口字型，底邊中間安裝RFID芯片。

進(jìn)一步地，所述微帶線閉環(huán)結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，左右每一側(cè)都經(jīng)過(guò)五次彎折，在右邊一側(cè)，從中間往右看，微帶線先順時(shí)針彎折，再經(jīng)過(guò)兩次逆時(shí)針彎折，然后經(jīng)過(guò)兩次順時(shí)針彎折，每次彎折的角度都是90°；所述微帶線閉環(huán)結(jié)構(gòu)中間下方的微帶線有一段與矩形阻抗匹配結(jié)構(gòu)重合。

進(jìn)一步地，所述外沿的微帶線環(huán)繞結(jié)構(gòu)的底邊處微帶線并不閉合，而是從中間斷開向里彎折延伸，并與矩形阻抗匹配結(jié)構(gòu)的底邊相連。

進(jìn)一步地，兩片矩形金屬貼片覆蓋在反射板基底正面，中間的間隔為2mm，左側(cè)矩形金屬貼片距離反射板基底左側(cè)邊緣的距離和右側(cè)矩形金屬貼片距離反射板基底右側(cè)邊緣的距離相等，均為1mm，反射板基底背面完全覆蓋金屬。

進(jìn)一步地，彎折型偶極子標(biāo)簽天線和人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)反射板均正面朝上放置，以中央對(duì)齊方式對(duì)齊。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的RFID標(biāo)簽天線工作在FCC頻段(902MHz-928MHz)下，可以應(yīng)用在金屬物體表面，且天線增益和阻抗受金屬的影響小，具備良好的抗金屬性能。

附圖說(shuō)明

圖1是彎折型偶極子標(biāo)簽天線結(jié)構(gòu)圖；

圖2是人工磁導(dǎo)體反射板正面結(jié)構(gòu)圖；

圖3是整體結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖4是人工磁導(dǎo)體反射板的反射相位曲線圖；

圖5是標(biāo)簽分別在金屬物體表面和自由空間中的功率反射系數(shù)曲線圖；

圖6是標(biāo)簽應(yīng)用在金屬表面時(shí)的閱讀距離測(cè)試圖；

圖中，矩形阻抗匹配結(jié)構(gòu)1-1、微帶線閉環(huán)結(jié)構(gòu)1-2、微帶線環(huán)繞結(jié)構(gòu)1-3、RFID芯片1-4、天線基底1-5、矩形金屬貼片2-1、反射板基底2-2、彎折型偶極子標(biāo)簽天線3-1、塑料泡沫板3-2、人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)反射板3-3。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。

圖1展示了彎折型偶極子標(biāo)簽天線的結(jié)構(gòu)，它主要由處于中心位置的矩形阻抗匹配結(jié)構(gòu)1-1、位于兩側(cè)的經(jīng)過(guò)五次彎折的微帶線閉環(huán)結(jié)構(gòu)1-2和外沿的微帶線環(huán)繞結(jié)構(gòu)1-3組成。天線的總體尺寸是108.6mm×36mm，天線基底1-5使用的材料是RFID標(biāo)簽加工中常用的FR4環(huán)氧樹脂，它的相對(duì)介電常數(shù)是4.4，尺寸參數(shù)是110.6mm×38mm×1.5mm。矩形阻抗匹配結(jié)構(gòu)1-1呈扁長(zhǎng)的“口”字型，它的內(nèi)側(cè)尺寸為42mm×5mm，外側(cè)尺寸為48mm×8mm，底邊中間安裝RFID芯片1-4。RFID芯片1-4可采用Impinj Monza4Dura。阻抗匹配結(jié)構(gòu)1-1兩側(cè)是彎折的微帶線閉環(huán)結(jié)構(gòu)1-2，該結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，左右每一側(cè)都經(jīng)過(guò)五次彎折，在右邊一側(cè)，從中間往右看，微帶線先經(jīng)過(guò)一次順時(shí)針彎折，再經(jīng)過(guò)兩次逆時(shí)針彎折，然后經(jīng)過(guò)兩次順時(shí)針彎折，每次彎折的角度都是90°。微帶線寬度是1mm，在左右兩側(cè)的彎折部分，相鄰兩段平行的微帶線在水平方向上相互間隔3mm，在豎直方向上相互間隔2mm。正中間的兩段微帶線間隔為0.5mm，其中下方的微帶線有一段與阻抗匹配結(jié)構(gòu)1-1重合。整個(gè)微帶線閉環(huán)結(jié)構(gòu)1-2總體的尺寸是92mm×19mm。外沿的微帶線環(huán)繞結(jié)構(gòu)1-3總體尺寸為108.6mm×36mm，微帶線寬度為4mm，底邊處微帶線并不閉合，而是從中間斷開向里彎折延伸，并與阻抗匹配結(jié)構(gòu)1-1的底邊相連，其中，底邊斷開處的間隔為5mm，從內(nèi)側(cè)算起，向里延伸的長(zhǎng)度是14mm。

圖2展示了人工磁導(dǎo)體反射板正面結(jié)構(gòu)。正面由兩片矩形金屬貼片2-1組成，貼片尺寸為63mm×60mm，兩貼片中間的間隔為2mm，貼片距離反射板基底2-2左右兩側(cè)1mm。反射板基底2-2使用的材料是Taconic RF-60，它的相對(duì)介電常數(shù)是6.15，基底總體尺寸是130mm×60mm×0.5mm?；追疵嫱耆采w金屬。

圖3是整體結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)邊方向的剖視圖。整體結(jié)構(gòu)最上方一層是彎折型偶極子標(biāo)簽天線3-1，厚度是1.5mm，中間一層是塑料泡沫板3-2，厚度是1mm，最下方一層是人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)反射板3-3，厚度是0.5mm。其中，彎折型偶極子標(biāo)簽天線3-1和人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)反射板3-3均正面朝上放置，以中央對(duì)齊方式對(duì)齊。

圖4是人工磁導(dǎo)體反射板的反射相位曲線圖?？梢钥吹?，當(dāng)頻率為945MHz的電磁波入射到反射板表面時(shí)，它的反射相位為0°。如果以反射相位為-90°到90°定義反射相位的頻率帶寬，則該反射板的反射相位帶寬為9MHz。值得一提的是，圖中的0°反射相位頻率點(diǎn)比標(biāo)簽天線工作的FCC頻段(902-928MHz)要高，這是因?yàn)楫?dāng)反射板安裝在天線下方之后，近場(chǎng)的容性耦合會(huì)使得0°反射相位頻率點(diǎn)向低頻移動(dòng)。

圖5是標(biāo)簽分別在金屬物體表面和自由空間中的功率反射系數(shù)曲線圖?？梢钥吹剑诮饘侪h(huán)境下和非金屬環(huán)境下，兩者功率反射系數(shù)最低峰對(duì)應(yīng)的頻率相對(duì)偏移在10MHz以內(nèi)，且完全在FCC頻段內(nèi)，故標(biāo)簽在金屬和非金屬環(huán)境下都能實(shí)現(xiàn)良好的阻抗匹配。這反映了具有人工磁導(dǎo)體反射板的標(biāo)簽天線的阻抗對(duì)金屬的不敏感性。

圖6是標(biāo)簽在金屬表面的閱讀距離測(cè)試圖。測(cè)試閱讀器采用的等效全向輻射功率(Equivalent Isotropically Radiated Power，EIPR)為1W?？梢钥吹剑哂腥斯ご艑?dǎo)體反射板的標(biāo)簽天線在金屬物體上使用時(shí)，閱讀距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到9m左右；在FCC頻段內(nèi)，閱讀距離在3.5m以上。

本實(shí)用新型的RFID標(biāo)簽天線的優(yōu)點(diǎn)包括：

(1)天線阻抗對(duì)金屬不敏感。如圖5，天線的功率反射系數(shù)曲線在金屬表面上測(cè)量的結(jié)果與在自由空間中測(cè)量的結(jié)果頻率偏移量不大，說(shuō)明金屬對(duì)天線的阻抗影響較小。

(2)天線在金屬表面上使用時(shí)閱讀距離遠(yuǎn)。如圖6，標(biāo)簽天線貼附在金屬表面上使用時(shí)，閱讀距離可以最遠(yuǎn)達(dá)到9m。

(3)天線阻抗的可調(diào)節(jié)性好。圖1中的標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)了矩形匹配結(jié)構(gòu)1-1，利用該結(jié)構(gòu)可以輕易實(shí)現(xiàn)天線阻抗的匹配調(diào)節(jié)。

本實(shí)用新型陳述了一種具有人工磁導(dǎo)體反射板的抗金屬RFID標(biāo)簽天線。該天線利用人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，改變了背向反射相位特性，使得天線緊貼在金屬表面上使用時(shí)依然具有較遠(yuǎn)的閱讀距離，同時(shí)，由于反射板的存在，天線阻抗受到金屬的影響比較小，從而保證了天線的能量效率。綜上，本實(shí)用新型具備良好的抗金屬性能，可應(yīng)用于普通標(biāo)簽不能勝任的金屬物品表面，因此具有一定的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力。