專利名稱：小型化射頻識別標簽及其中的微帶貼片天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種小型化射頻識別標簽及其天線，更詳細來說，是一種能夠在金屬環(huán) 境下的使用小型化射頻識別標簽及其微帶貼片天線。
背景技術(shù)：
射頻識別[Radio Frequency Identification]是一種非接觸式的自動識別技 術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于 各種惡劣環(huán)境。從系統(tǒng)上來說，RFID是一種無線通信系統(tǒng)，由一個閱讀器[Reader]和若干 應(yīng)答器(或稱標簽[Tag])組成。與被動型射頻識別的讀寫器不同，射頻識別標簽是附著于多種材質(zhì)和不同形狀的 物體上使用。但是標簽中使用的某一天線結(jié)構(gòu)，在附著于不同材質(zhì)表面時具有不穩(wěn)定的識 別率，并需要考慮具體測試環(huán)境的不同具體設(shè)計。例如現(xiàn)有射頻標識標簽在金屬物體上使 用時，讀寫性能就會惡化，而具有穩(wěn)定的讀寫性能是標簽天線設(shè)計的基本要求。
在射頻識別技術(shù)中，為了盡量增大讀取距離，射頻識別標簽天線的設(shè)計尤為重要。目的 在于需要將最大的輻射功率傳達到射頻識別芯片上，為此，射頻識別標簽具有良好的輻射 特性的同時，還要與標簽芯片良好地整合。通常，射頻識別標簽芯片既需要記錄多種信息， 又要能被讀取保存的信息。當射頻識別標簽天線附著于金屬物體上時，標簽天線的輻射方向圖[Radiation Pattern]對此會非常敏感，因此需要在設(shè)計天線時予以注意。一般偶極子天線接近金 屬物體時，輻射的電磁波將從金屬表面反射或者損耗掉，無法保證傳遞給射頻識別標簽 芯片工作所需要的足夠能量，且隨著金屬表面和天線之間的寄生電容的變化，諧振頻率 [Resonance Frequency]及輻射效率[!Radiation Efficiency]等特性也會發(fā)生變化。傳統(tǒng) 的抗金屬標簽，通常是在金屬物體和標簽天線之間插入不同的材質(zhì)，以使得標簽與金屬之 間保持一定間隔。然而，采用這樣的方法制造的標簽天線用在實際產(chǎn)品上時多少有些不便， 在不同環(huán)境下，例如不同的金屬物體、不同的形狀等等，不同的條件對標簽天線的要求有所 不同，也不利于批量生產(chǎn)，而且使用環(huán)境會引起標簽的損傷(特別是厚度及大小變化)不利 于標簽的小型化。因此，將金屬物體作為天線的接地面[Ground]來使用的天線，應(yīng)考慮為金屬物體 附著型標簽天線。此種天線類型最常見的就是微帶貼片天線[Microstrip Patch Antenna]和 PIFA [Planar Inverted-F Antenna]天線。通常采用PCB板的微帶貼片天線[Microstrip Patch Antenna]的制造相對容易， 成本較低，但如果在諧振頻率處將天線尺寸按半波長大小來設(shè)計，標簽天線的尺寸就會偏 大，這是其主要缺點。另外，采用微帶貼片天線[Microstrip Patch Antenna]結(jié)構(gòu)的射頻 識別標簽在遇到金屬材質(zhì)的物體時還會產(chǎn)生不需要的超高頻(UHF)的副作用。與微帶貼片 天線[Microstrip Patch Antenna]相比，PIFA天線在諧振頻率上通常設(shè)計成1/4波導(dǎo)波長大小，由此小型化變?yōu)榭赡?，但缺點在于制造工程煩瑣，另外，當PIFA天線附著于金屬物 體上時，隨著金屬表面的材質(zhì)和形狀不同，其諧振頻率會發(fā)生嚴重漂移。有鑒于此，本發(fā)明提供一種小型化的射頻識別標簽天線，來解決上述已成為業(yè)界 亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明作為解決上述問題的方法，提出將金屬物體作為天線的接地面[Ground] 來使用的方法。采用這種方法的射頻識別標簽附著于金屬物體上時，在各個位置上都具有 穩(wěn)定的讀取率。首先本發(fā)明將連接部設(shè)計成微帶[Microstrip]形式，并使其與輻射面直接 連接；連接射頻識別芯片的位置可設(shè)計在介質(zhì)板的上、下、側(cè)面的任何一處。其次本發(fā)明的 目的在于提供在射頻識別標簽附著空間狹小的情況下仍能正常使用的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的射頻 識別標簽天線輻射面具有“一”字型切口(Slit)，于是在天線尺寸小于標簽1/2工作頻率波 導(dǎo)波長長度下，也可以將射頻識別標簽天線小型化。再者，本發(fā)明的目的在于提供制造工程 比較簡單，制造費用相對低廉，可以用簡單的方法制造各種頻段的射頻識別標簽天線，并可 以實現(xiàn)超小型化的金屬附著型射頻識別標簽。最后，本發(fā)明為了小型化，電介質(zhì)采用的是相 對介電常數(shù)較高的陶瓷。基于上述目的，本發(fā)明在小型化射頻識別標簽設(shè)計中，提出一種的微帶貼片天線 [Microstrip Patch Antenna]形式，此種微帶[Microstrip]天線包括連接部1，2和輻射 面，與連接部連接的芯片，接地面。其中輻射面至少有一個“一”字形切口(Slit)。上述的 切口(Slit)可以是圓形、橢圓形、多邊形中的任意一種。切口(Slit)的大小是可調(diào)節(jié)的。 連接部兩側(cè)與所述輻射面之間具有一定間隔。輻射面的形狀為圓形、橢圓形、多邊形中的一 種。在具體實施中，此種小型化射頻識別標簽芯片周邊具有根據(jù)所述芯片的高度而設(shè) 置的保護涂層，而所述保護涂層可以是陶瓷、橡膠等。微帶貼片天線[Microstrip Patch Antenna]的連接部和輻射面是設(shè)置在與所述接地面[Ground]相對的一面，且所述連接 部將芯片連接在與微帶貼片天線[Microstrip Patch Antenna]同一面上、或與所述接 地面[Ground]同一面上、或所述微帶貼片天線[Microstrip Patch Antenna]和接地面 [Ground]連接的一個側(cè)面上。所述連接部兩側(cè)與所述輻射面之間具有一定的間隔。所述輻 射面可以為圓形、橢圓形、多邊形中的一種。微帶貼片天線[Microstrip Patch Antenna] 的輻射面和接地面[Ground]都是由銀制成。根據(jù)如上所述的小型化射頻識別標簽中的天線設(shè)計的小型化射頻識別標簽輻 射面或底面的長度及寬度、輻射面上形成的切口(Slit)的長度和寬度，具有以理想的 諧振頻率及多種標簽芯片匹配為目的的阻抗易匹配的優(yōu)點；供電方式上因使用了微帶 [Microstrip]，可以將連接部的位置根據(jù)應(yīng)用的環(huán)境，在上、下、側(cè)面的任意一處，且芯片連 接后不“凸出”，不易受到外接環(huán)境造成的損傷，因能夠以簡單的I^rint形態(tài)構(gòu)成天線，所 以，不僅可以大量生產(chǎn)，而且還具有低廉的制造費用，還可附著于金屬物體上?；诒景l(fā)明的小型化射頻識別標簽，作為附著于金屬的標簽制品，即使附著于多 種形態(tài)的金屬上也不會過分的降低性能，并能保持穩(wěn)定的讀取率；因制作簡單，可實現(xiàn)多樣形狀的變化，具有易適用于廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域上的優(yōu)點。


圖1是基于本發(fā)明的一實施實例可附于金屬的超高頻(UHF)射頻識別標簽天線 的立體圖2是基于本發(fā)明的另一實施實例的立體圖； 圖3是圖1，圖2的側(cè)面圖4是圖1中本發(fā)明的微帶貼片天線[Microstrip Patch Antenna]的連接部和輻射 面的俯視圖5是基于圖2的實施實例的正面俯視圖； 圖6是在不同反射板尺寸下的最大讀寫距離的測試圖； 圖7是基于圖1的本發(fā)明H面極坐標方向圖的測試圖。
具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書 所述內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的優(yōu)點與功能。本發(fā)明也可通過其他不同的具體使用背景加以 實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的目的前 提下進行各種修飾與變更。射頻識別(Radio Frequency Identification)技術(shù)，是在各事物上附著電子標 簽，通過無線認識事物的固有ID，對事物進行識別的技術(shù)。射頻識別系統(tǒng)，按適用領(lǐng)域在 125kHz的頻帶至5. 8GHz的頻帶。最近，在流通物流領(lǐng)域等，隨著對遠距離識別要求的增加，射頻識別系統(tǒng)工作頻率 提高至超高頻(UHF)帶以上。隨著頻率的增加，在讀取距離的系統(tǒng)性能最大化上，射頻識別 標簽天線的設(shè)計成為非常重要的因素。特別是在沒有額外的電源的情況下，被動型射頻識別標簽天線通過對讀寫器發(fā)出 的電磁波信號進行整流而獲得自身工作電源，在設(shè)計上需要盡可能最大限度地控制電磁波 損耗，為此，該種標簽應(yīng)同時具備良好的輻射特性以及與標簽芯片的完整的阻抗整合。本發(fā)明的小型化射頻識別標簽天線主要由連接部和輻射面構(gòu)成。所謂連接部是對 從讀寫器輸出的電磁波進行整流來獲得工作電源，并將獲得的電源供給輻射面。上述連接 部是由連接射頻識別標簽芯片的小段矩形微帶[Microstrip]線構(gòu)成的。此時，被動型射頻 識別標簽芯片就置于上述供電微帶[Microstrip]線上。上述輻射面與上述連接部通過微帶[Microstrip]線直接連接，其電長度約為工 作頻率下波導(dǎo)波長長度的1/2。上述射頻識別標簽從讀寫器發(fā)射的電磁波通過電磁感應(yīng)獲取標簽芯片工作所需 要的能量，標簽芯片獲得激活所需要的能量后完成反向散射電磁波的過程，該過程工作在 射頻識別頻帶中心頻率上。上述射頻識別頻帶根據(jù)各國標準有不同的頻率范圍。下面，參照附加圖紙，詳細說明本發(fā)明的實施方式。
請參閱圖1和圖2，是基于本發(fā)明的兩個實施實例?？筛接诮饘傥矬w表面的超高頻 (UHF)射頻識別標簽的立體圖，如圖所示，本發(fā)明的小型化射頻識別標簽(100)包括接地
5面[Ground] (10)、接地面[Ground] (10)的上的陶瓷電介質(zhì)(20)、陶瓷電介質(zhì)(20)上的輻 射面(30)和上述輻射面(30)連接的連接部1(31)所形成。上述連接部1(31)為了給在 側(cè)面的芯片(33)供電，貼著介質(zhì)板呈90度彎曲，與接地面[Ground] (10)具有的連接部2 (11)將芯片連接到側(cè)面而形成。當然，在其他實例中，所述芯片也可以設(shè)置在所述電介質(zhì) (20)的上面或者下面，即與所述連接部1 (31)或者接地面[Ground] (10)同一平面。更詳細來說，上述輻射面(30)是擁有1/2波導(dǎo)波長長度的微帶貼片天線 [Microstrip Patch Antenna]，上述輻射面(30)上形成至少一切口 (Slit) (32)，即使是 更小的輻射面面積也能保持在所需要的頻段諧振，由此大幅縮小了小型化射頻識別標簽 (100)的尺寸。切口(Slit)(32)的形狀也可以根據(jù)具體情況改為圓形、橢圓形、多邊形等多 種形狀。切口(Slit)在輻射面上的位置也可依據(jù)具體情況，設(shè)計為對稱或者不對稱結(jié)構(gòu)， 如圖2所示。通過調(diào)整上述切口(Slit) (32)的長度和寬度，可以調(diào)節(jié)小型化射頻識別標簽天 線(100)的諧振頻率。在標簽產(chǎn)品在使用過程中，如遇到不同頻段范圍的要求時，可以對切 口(Slit)進行調(diào)整，不需要再進行產(chǎn)品或者天線的更換，這樣更有利于產(chǎn)品批量生產(chǎn)；本 實施實例中，切口(Slit)的長度是上述輻射面(30)寬度的1/3，Slit的寬度不超過0. 5mm。與上述輻射面(30)連接的連接部1 (31)終端的側(cè)面上，具有被動型射頻識別芯片 IC Chip (33)。請參閱圖3，是圖1和圖2的側(cè)面圖，如圖所示，構(gòu)成標簽天線的接地面[Ground] (10)。接地面[Ground] (10)的上部附著于陶瓷電介質(zhì)Q0)上，在陶瓷電介質(zhì)Q0)的上部 附著輻射面(30)和與輻射面(30)連接的連接部1(31)，上述連接部1(31)為了側(cè)面的供電 以90度彎曲的形式將芯片連接到側(cè)面。上述小型化射頻識別標簽(100)作為利用1/2波 導(dǎo)波長輻射面諧振的微帶貼片天線[Microstrip Patch Antenna]構(gòu)造，因電場的最大點及 最小點同時發(fā)生在上述輻射面(30)上，所以將小型化射頻識別標簽(100)附著于任意的金 屬面上，都可以在標簽天線的性能不發(fā)生變化的情況下使用。上述陶瓷電介質(zhì)00)是由具有固定相對介電常數(shù)的陶瓷材料構(gòu)成的，而在其他 實施實例中，上述芯片(33)周邊可以具有根據(jù)所述芯片的高度而設(shè)置的保護涂層，例如陶 瓷層、或橡膠層等用以保護芯片。同時，作為理想的一實例，上述小型化射頻識別標簽(100)的全長12 25mm，寬 10mm,厚度1. 5 3mm以內(nèi)，即超小型化的使用成為可能。請參閱圖4和圖5，為圖1和圖2中本發(fā)明的微帶貼片天線[Microstrip Patch Antenna]的連接部和輻射面的詳細圖。圖4和圖5區(qū)別僅僅在于切口的分布形式不同。 如圖所示，本發(fā)明的微帶貼片天線[Microstrip Patch Antenna]中上述輻射面(30)與上 述的連接部1(31)連接，上述連接部1(31)為側(cè)面芯片供電，彎曲成90度的形狀將芯片連 接至側(cè)面，連接至上述側(cè)面的連接部1(31)的終端處上的芯片是被動型射頻識別芯片IC Chip(3;3)。上述連接部兩側(cè)以及與所述輻射面之間具有一定間隔[D]。更詳細來說，上述形成切口(Slit)的小型化射頻識別標簽(100)的尺寸為 12mmX7mm X 3mm，上述輻射面(30)和連接部1 (31)、接地面[Ground]為了獲得高電導(dǎo)率， 全部由銀[Ag]制成。這種材質(zhì)也可以是銅，鋁等導(dǎo)電金屬的任意一種。需要特別指出是，通過對上述連接部1 (31)的長度[L]、寬度[W]、與輻射面之間的間隔[D]的變化，可調(diào)節(jié)小型化射頻識別標簽(100)的虛部阻抗和實數(shù)阻抗。本實施例中，將輻射面的面積最大化的同時，為了阻抗匹配，可將上述連接部 1(31)調(diào)整為長[L] IOmm以內(nèi)，寬[W]為3mm以內(nèi)，與輻射面的距離[D]為Imm以內(nèi)。實際 使用時，可以根據(jù)所需要的頻率，將輻射面的尺寸作出一定改變。從圖3中給出了本發(fā)明芯片的放置位置。連接部1 (31)連接芯片的一端和輻射 面，連接部2 (11)連接芯片的另一端和接地面[Ground]。芯片通過非常短的銀線或者其他 良導(dǎo)體引腳綁定到連接部1，2。在實際使用當中，可以根據(jù)保護芯片的需要，將芯片綁定點 放置于與輻射面共面的平面，或者標簽天線的側(cè)面，以及標簽天線的接地面[Ground]。經(jīng)試 驗，反射板尺寸大小會對標簽的最大讀寫距離造成影響。亦即標簽有最佳使用環(huán)境，可以得 到設(shè)計的最大讀寫距離。由圖6可以看出，當反射板尺寸較小時，所測的射頻識別標簽的諧振頻率容易抖 動，讀寫距離不穩(wěn)定，這對大規(guī)模生產(chǎn)是不利的，當讀寫距離銳減時，在設(shè)計時就必須根據(jù) 具體的使用環(huán)境做出調(diào)整。但從圖中可以看出，當板尺寸在IOOXlOOmm以上時，讀寫距離 基本趨于穩(wěn)定。與小尺寸反射板測得的數(shù)據(jù)相比，無論從最大讀寫距離還是穩(wěn)定程度上來 說，都有很大的提高。圖7給出了測試的本發(fā)明天線的H面輻射方向圖[Radiation Pattern]。從圖中 可以看出，天線的半功率波束寬度較窄，方向性較好，可獲得優(yōu)異的讀寫距離。本發(fā)明所述的小型化射頻識別標簽(100)并不附著在金屬表面來測定讀取距離 時有最大的讀取距離為1. 7m。當附著在金屬表面時，金屬物體的大小為20x20mm時，讀取距 離最大為1. 5m，金屬物體的大小為60x60mm時，有最大讀取距離1. 6m。標簽在不同反射板 尺寸下的讀取距離在圖4中給出。當應(yīng)用在大尺寸金屬物體上時，具有穩(wěn)定的讀取距離。由此可以知道，當本發(fā)明的小型化射頻識別標簽(100)附著在金屬上時，被附著 的金屬物體的大小不會對最大讀取距離造成不可容忍的影響，因此，這種標簽在金屬環(huán)境 下可以得到很好的應(yīng)用。如上所述，參照根據(jù)本發(fā)明的小型化射頻識別標簽及其具有的微帶貼片天線 [Microstrip Patch Antenna]的圖示為例進行了說明，上述圖紙和發(fā)明的詳細說明屬于理 論結(jié)果，所以，在實際使用中并不會按實例與圖紙來限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用在小型化射頻識別標簽中的微帶貼片天線，其特征在于，相互連接的連接 部及輻射面，其中，所述輻射面兩邊至少具有一個切口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用在小型化射頻識別標簽中的微帶貼片天線，其特征在 于，所述切口為圓形、橢圓形、多邊形中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用在小型化射頻識別標簽中的微帶貼片天線，其特征 在于，所述輻射面和連接部都是由銀制成。
4.一種小型化射頻識別標簽，其組成包括芯片、電介質(zhì)、及微帶貼片天線，其中，所述 微帶貼片天線是附著在所述電介質(zhì)的表面，所述微帶貼片天線包括相互連接的連接部及輻 射面，所述連接部與所述芯片通過鋁線或銀線直接連接來綁定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小型化射頻識別標簽，其特征在于，所述芯片周邊具有根據(jù) 所述芯片的高度而設(shè)置的保護涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的小型化射頻識別標簽，其特征在于，所述的護涂層為陶瓷、或 橡膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小型化射頻識別標簽，其特征在于，所述電介質(zhì)為陶瓷。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小型化射頻識別標簽，其特征在于，所述微帶貼片天線還包 括具有連接部份接地面，所述連接部和輻射面是設(shè)置在與所述接地面相對的一面，且所述 連接部與所述連接部將所述芯片連接在與所述微帶貼片天線同一面上、或與所述接地面同 一面上、或所述微帶貼片天線和接地面連接的一個側(cè)面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或8任一所述的小型化射頻識別標簽，其特征在于，所述微帶貼片天 線是由銀制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小型化射頻識別標簽，其特征在于，所述連接部兩側(cè)與所述 輻射面之間具有間隔。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小型化射頻識別標簽，其特征在于，所述輻射面為圓形、橢 圓形、多邊形中的一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求4或8或10或11中的任一所述的小型化射頻識別標簽，其特征在 于，所述輻射面的兩邊至少具有一切口。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的小型化射頻識別標簽，其特征在于，所述切口為圓形、橢圓 形、多邊形中的一種。
全文摘要
本發(fā)明是一種采用微帶貼片天線的小型化射頻識別標簽。其中小型化射頻識別標簽包括芯片、電介質(zhì)、及微帶貼片天線，其中，所述微帶貼片天線是附著在所述電介質(zhì)的表面，所述微帶貼片天線包括與芯片連接的連接部及輻射面，所述連接部與所述芯片通過鋁線或銀線連接來作為綁定芯片的方式。其中所述輻射面兩邊至少具有一個切口，使之具有比半個波導(dǎo)波長長度的標簽天線更小的尺寸，且仍能獲得良好的讀寫性能。由于入射波的波峰和經(jīng)過標簽天線地的反射波波峰在輻射面上疊加，由此可以獲得足夠能量把芯片信息返回給讀寫器，所以即使標簽接觸到金屬面上，讀寫距離與普通標簽在金屬物體上使用的情況相比也不會銳減，同時又能使標簽做到小型化。
文檔編號H01Q1/22GK102130373SQ20101025840
公開日2011年7月20日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者劉智佳 申請人:劉智佳