專(zhuān)利名稱(chēng)：用于金屬表面的rfid標(biāo)簽天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電信技術(shù)領(lǐng)域的天線裝置，具體是一種用于金屬表面的 RFID(RadioFrequency Identification,無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù))標(biāo)簽天線。
背景技術(shù)：
無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)是從二十世紀(jì)九十年代興起的一項(xiàng)利用射頻信號(hào)進(jìn)行非接觸 式雙向通信，自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)信息數(shù)據(jù)的無(wú)線通信技術(shù)。該技術(shù)較傳統(tǒng)條形 碼技術(shù)有七大優(yōu)勢(shì)掃描快，體積小，形狀多，重復(fù)使用率高，穿透性強(qiáng)，，數(shù)據(jù)記憶容量大， 安全性高，可無(wú)屏障閱讀等優(yōu)點(diǎn)。其中RFID標(biāo)簽天線是無(wú)線射頻的關(guān)鍵技術(shù)之一。普通的 RFID標(biāo)簽天線當(dāng)靠近金屬表面時(shí)，由于在金屬中產(chǎn)生了與之相反的感應(yīng)電流，使得有效信 號(hào)無(wú)法接收或發(fā)送，導(dǎo)致RFID標(biāo)簽天線無(wú)法工作。而恰恰在許多場(chǎng)合，RFID標(biāo)簽天線需要 工作在金屬表面，比如集裝箱，冰箱或者電視。 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，K.won等人發(fā)表在2005年11月電子短文 (ElectronicsLetters)第41冊(cè)的文章一種緊湊開(kāi)槽平面倒F型標(biāo)簽天線(A Compact Slotted Inverted-FRFID TAG Antenna)，提出了一種倒F型結(jié)構(gòu)可以使天線在900MHz附 近工作在金屬表面； C. Cho等人發(fā)表在2008年1月電子短文(Electronics Letters)第44冊(cè)的文章 一種用于金屬表面的RFID平面標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)(Design of planar RFID tag antenna for metal 1 icob jects)，采用了內(nèi)部螺旋型雙極子結(jié)構(gòu)； Bo Gao等人發(fā)表在2008年5月電子構(gòu)件和技術(shù)(Electronic Components and Technology)會(huì)議的文章用于金屬物體追蹤的采用EBG材料被動(dòng)超高頻段RFID標(biāo)簽天線 (Passive UHFRFID with ferrite electromagnetic band gap(EBG)material for metal objects tracking)，提出了采用EBG結(jié)構(gòu)來(lái)解決金屬對(duì)天線的影響。 但以上的解決方法往往因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜而造價(jià)昂貴，另外也沒(méi)有一種解決方法適用 于840MHz-845MHz， 920MHz-925MHz ，即中國(guó)的UHF頻段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種用于金屬表面的RFID標(biāo)簽天線， 采用雙層部分鏤空結(jié)構(gòu)的貼片RFID標(biāo)簽天線，該天線適用于840MHz-845MHz，在采用雙層 結(jié)構(gòu)保證其在金屬表面正常工作的同時(shí)，采用常用的板材，大大減少了生產(chǎn)成本。本發(fā)明天 線的定向輻射特性好，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，而且輻射和接收距離較遠(yuǎn)。 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括貼片天線部分、上層電介質(zhì)板、 激勵(lì)線、中間接地板、下層電介質(zhì)板、下層金屬板和饋電端口，其中貼片天線部分位于上層 電介質(zhì)板的上表面，中間接地板位于下層電介質(zhì)板和上層電介質(zhì)板之間，中間接地板與下 層金屬板位于下層電介質(zhì)板的不同表面，中間接地板接地，饋電端口設(shè)置于激勵(lì)線的入口 端的中央與其相連，激勵(lì)線的一端與貼片天線部分相連，另一端與饋電端口相連。
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所述的貼片天線部分為非對(duì)稱(chēng)多分支結(jié)構(gòu)的金屬層，對(duì)應(yīng)所述的中間接地板為部 分鏤空結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在金屬表面進(jìn)行工作的目的。 所述的貼片天線部分包括若干塊邊長(zhǎng)相同且相互連接的正方形金屬貼片塊，其 中位于貼片天線部分中央的貼片塊的左側(cè)、上側(cè)和右側(cè)分別設(shè)有3個(gè)分支結(jié)構(gòu)，該分支結(jié) 構(gòu)為若干貼片塊依次連接組成。 所述的貼片塊的下側(cè)設(shè)置了金屬過(guò)渡片，該金屬過(guò)渡片設(shè)置于正方形貼片塊正下 側(cè)且與分支結(jié)構(gòu)電接觸，作為貼片天線與激勵(lì)線的過(guò)渡橋梁。 本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)天線尺寸、貼片天線部分的形狀以及部分鏤空中間層地板可調(diào)整 天線頻帶。通過(guò)減少尺寸可以讓頻帶右移，也可讓其滿(mǎn)足920MHz-925MHz的頻段(中國(guó)標(biāo) 準(zhǔn))。同樣特殊形狀的貼片天線部分以及部分鏤空中間層地板可以讓頻帶移動(dòng)。
本發(fā)明首先通過(guò)饋電端口將信號(hào)傳輸給饋電端口 ，為了與通用的傳輸線阻抗相匹 配，標(biāo)簽天線設(shè)置為50 Q阻抗，激勵(lì)線與貼片天線部分相連接，將電磁能量傳輸給貼片天 線部分，由輻射天線向外輻射能量。 本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相相比，本發(fā)明因?yàn)椴捎昧瞬糠昼U空金屬中間地板，使得標(biāo)簽 天線在金屬表面使用時(shí)，對(duì)其產(chǎn)生的感應(yīng)電流減弱，從而能夠正常工作。另外采用這種中間 地板的結(jié)構(gòu)能夠使天線在更小的體積下得到更大的電長(zhǎng)度，適合用于天線的小型化設(shè)計(jì)， 天線尺寸小，容易藏在金屬物體內(nèi)部和表面。另外采用成本較低的材料制作，大大減少了價(jià) 格。因此，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，成本低，同時(shí)具有更好的定向輻射特性的優(yōu)點(diǎn)。本 發(fā)明符合中國(guó)超高頻RFID頻段標(biāo)準(zhǔn)，可用于射頻識(shí)別。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是輻射單元部分的正面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是中間接地板的正面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是貼片天線部分特殊分支結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是中接地間板的局部放大示意圖； 圖7是實(shí)施例S11反射系數(shù)曲線； 圖8是實(shí)施例在843MHz頻率上的方向圖； 其中a為843MHz頻率上的XY方向上的方向圖；b為843MHz頻率上的YZ方向上 的方向圖；c為843MHz頻率上的XZ方向上的方向圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。 如圖1所示，本實(shí)施例包括貼片天線部分1、上層電介質(zhì)板2、激勵(lì)線3、饋電端口 4、中間接地板5、下層電介質(zhì)板6和下層金屬板7，其中貼片天線部分l位于上層電介質(zhì)板 2的上表面，中間接地板5位于下層電介質(zhì)板6和上層電介質(zhì)板2之間，中間接地板5與下層金屬板7位于下層電介質(zhì)板6的不同表面，中間接地板5接地，饋電端口 4設(shè)置于激勵(lì)線 3的入口端的中央與其相連，激勵(lì)線3的一端與貼片天線部分1中的金屬過(guò)渡片IO相連，另 一端與饋電端口 4相連。 所述的貼片天線部分1為非對(duì)稱(chēng)多分支結(jié)構(gòu)的金屬層，對(duì)應(yīng)所述的中間接地板5 為部分鏤空結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在金屬表面進(jìn)行工作的目的。 所述的貼片天線部分1包括若干塊邊長(zhǎng)相同且相互連接的正方形金屬貼片塊，其 中位于貼片天線部分中央的貼片塊8的左側(cè)、上側(cè)和右側(cè)分別設(shè)有3個(gè)分支結(jié)構(gòu)9，該分 支結(jié)構(gòu)9為若干貼片塊依次連接組成。
所述的分支結(jié)構(gòu)9的最小寬度為5mm。 所述的貼片天線部分1的下部設(shè)有金屬過(guò)渡片IO，該金屬過(guò)渡片IO設(shè)置于正方形 貼片塊8正下側(cè)且與分支結(jié)構(gòu)9電接觸。 所述的激勵(lì)線3為一段均勻?qū)挾鹊奈Ь€，該微帶線具體位于金屬過(guò)渡片10的下 所述的金屬過(guò)渡片10為梯形結(jié)構(gòu)的金屬片。
所述饋電端口 4為側(cè)面饋電形式。 所述的上層電介質(zhì)板2和下層電介質(zhì)板6均為矩形結(jié)構(gòu)的環(huán)氧板。
本實(shí)施例通過(guò)調(diào)節(jié)天線尺寸、貼片天線部分1的形狀以及部分鏤空中間層地板5 可調(diào)整天線頻帶。通過(guò)減少尺寸可以讓頻帶右移，也可讓其滿(mǎn)足920MHz-925MHz的頻段(中 國(guó)標(biāo)準(zhǔn))。同樣特殊形狀的貼片天線部分1以及部分鏤空中間層地板5可以讓頻帶移動(dòng)。
如圖2所示，本實(shí)施例中的貼片天線部分1的厚度為0. 035mm，貼片天線部分1的 最小寬度為5mm，信號(hào)由饋電端口 4饋入，通過(guò)寬度為3. 8mm的激勵(lì)線饋入近梯形結(jié)構(gòu)，天線 中央為10mm*10mm金屬片與近梯形結(jié)構(gòu)有一段寬度為5mm長(zhǎng)度為5mm金屬部分相連，天線 中央的10咖*10咖金屬片分別向左，右，上三個(gè)方向各有一天線分支。對(duì)應(yīng)Sll圖中三個(gè)頻 點(diǎn)。 如圖3所示，所述的中間接地板5與饋電端口 4連接的部位有一塊整體金屬片 11 (50mm*10mm*0. 035mm)，與鏤空部分12中一塊金屬片相連。被鏤空的中間接地板5 —共 有4塊金屬片，互相不相連。 如圖4所示，從上而下依次是貼片天線部分1、上層電介質(zhì)板2、中間接地板5、下 層電介質(zhì)板6、下層金屬板7。突出部分為饋電端口4。金屬板為銅板，上下兩層電介質(zhì)板介 電常數(shù)為4. 4，尺寸各為50mm*70mm*2mm。 如圖5所示，所述的正方形貼片塊8位于中央。分別向左，右，上側(cè)有3個(gè)分支結(jié) 構(gòu)9。正方形貼片塊8下側(cè)與金屬過(guò)渡片IO中一塊金屬片相連。被鏤空的中間接地板5 — 共有4塊金屬片，互相不相連。 如圖6所示，為金屬片11 (50mm*10mm*0. 035mm)與鏤空部分12相連。被鏤空的中 間接地板5中鏤空部分12 —共有4塊金屬片，互相不相連。 如圖7所示，為本實(shí)施例的S11反射系數(shù)曲線；可以看到，在仿真中，天線在 840MHz-845MHz與920MHz-925MHz中國(guó)UHF頻段都可以工作。兩段在反射系數(shù)為_(kāi)6dB以下 的帶寬分別為8MHz，8MHz。 如圖8所示，為本實(shí)施例在843MHz頻率時(shí)，在金屬表面的XZ， YZ，XY三個(gè)平面上的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖(方向可從圖3看出)。其中(a)是天線在XZ平面上的方向圖，(b)是天線在 YZ平面上的方向圖，(c)天線是在XY平面上的方向圖?？梢钥吹剑炀€在XY平面上為全向 天線。天線在XZ，YZ平面上為Z正向定向天線。 根據(jù)該結(jié)果，RFID抗金屬標(biāo)簽天線能夠在金屬表面工作在840MHz-845MHz中國(guó)標(biāo) 準(zhǔn)UHF頻段。因?yàn)樵撎炀€尺寸和厚度都較小，容易貼于金屬表面。此外，因?yàn)樵撎炀€結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單并材料成本較低，所以該天線有著很好的發(fā)展前景。
權(quán)利要求
一種用于金屬表面的RFID標(biāo)簽天線，其特征在于，包括貼片天線部分、上層電介質(zhì)板、激勵(lì)線、中間接地板、下層電介質(zhì)板、下層金屬板和饋電端口，其中貼片天線部分位于上層電介質(zhì)板的上表面，中間接地板位于下層電介質(zhì)板和上層電介質(zhì)板之間，中間接地板與下層金屬板位于下層電介質(zhì)板的不同表面，中間接地板接地，饋電端口設(shè)置于激勵(lì)線的入口端的中央與其相連，激勵(lì)線的一端與貼片天線部分相連，另一端與饋電端口相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬表面的RFID標(biāo)簽天線，其特征是，所述的貼片天線 部分為非對(duì)稱(chēng)多分支結(jié)構(gòu)的金屬層，對(duì)應(yīng)所述的中間接地板為部分鏤空結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬表面的RFID標(biāo)簽天線，其特征是，所述的貼片天線 部分包括若干塊邊長(zhǎng)相同且相互連接的正方形金屬貼片塊，其中位于貼片天線部分中央 的貼片塊的左側(cè)、上側(cè)和右側(cè)分別設(shè)有3個(gè)分支結(jié)構(gòu)，該分支結(jié)構(gòu)為若干貼片塊依次連接 組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬表面的RFID標(biāo)簽天線，其特征是，所述的貼片塊的 下側(cè)設(shè)置了金屬過(guò)渡片，該金屬過(guò)渡片設(shè)置于正方形貼片塊正下側(cè)且與分支結(jié)構(gòu)電接觸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于金屬表面的RFID標(biāo)簽天線，其特征是，所述的激勵(lì)線為 一段均勻?qū)挾鹊奈Ь€，該微帶線具體位于金屬過(guò)渡片的下側(cè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于金屬表面的RFID標(biāo)簽天線，其特征是，所述的金屬過(guò)渡 片為梯形結(jié)構(gòu)的金屬片。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬表面的RFID標(biāo)簽天線，其特征是，所述饋電端口為側(cè)面饋電形式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于金屬表面的RFID標(biāo)簽天線，其特征是，所述的上層電介 質(zhì)板和下層電介質(zhì)板均為矩形結(jié)構(gòu)的環(huán)氧板。
全文摘要
一種無(wú)線射頻技術(shù)領(lǐng)域的用于金屬表面的RFID標(biāo)簽天線，包括貼片天線部分、上層電介質(zhì)板、激勵(lì)線、中間接地板、下層電介質(zhì)板、下層金屬板和饋電端口，其中貼片天線部分位于上層電介質(zhì)板的上表面，中間接地板位于下層電介質(zhì)板和上層電介質(zhì)板之間，中間接地板與下層金屬板位于下層電介質(zhì)板的不同表面，中間接地板接地，饋電端口設(shè)置于激勵(lì)線的入口端的中央與其相連，激勵(lì)線的一端與貼片天線部分相連，另一端與饋電端口相連。本發(fā)明適用于840MHz-845MHz，在采用雙層結(jié)構(gòu)保證其在金屬表面正常工作的同時(shí)，采用常用的板材，大大減少了生產(chǎn)成本。本發(fā)明天線的定向輻射特性好，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，而且輻射和接收距離較遠(yuǎn)。
文檔編號(hào)H01Q1/22GK101771190SQ20101012332
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者梁仙靈, 王文智, 耿軍平, 金榮洪, 閆鵬, 陶曉暉 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)