專利名稱：一種rfid標(biāo)簽天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無線射頻識別領(lǐng)域，特別涉及一種RFID標(biāo)簽天線。
背景技術(shù)：
射頻識別技術(shù)(RFID)，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信。RFID系統(tǒng)主要包括閱讀器和標(biāo)簽兩部分；標(biāo)簽由標(biāo)簽天線和芯片組成。通常RFID系統(tǒng)有兩種工作模式，一是適用于低頻、高頻的電磁耦合模式；另一種是適用于超高頻、微波波段的反向散射調(diào)制模式。從標(biāo)簽供電方式看，可分為有源式標(biāo)簽，無源式標(biāo)簽和半無源式標(biāo)簽三類。從標(biāo)簽天線的類型上看，可分為偶極子天線、微帶天線和縫隙天線等等。標(biāo)簽芯片由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，一般具有復(fù)阻抗，實(shí)部約為O Ω到80Ω左右，虛部一般約為-400 Ω到-100 Ω左右。這與設(shè)計輸入阻抗為50Ω或75Ω的天線相比，增加了匹配難度。應(yīng)用于超高頻段(860MHz-960MHz)的RFID標(biāo)簽，一般采用反向散射調(diào)制模式。芯片一般工作在短路和匹配兩種狀態(tài)之間，并將這兩種工作狀態(tài)的電磁散射分別定義為二進(jìn)制的I和O。芯片通過兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，將其內(nèi)部數(shù)據(jù)流信息，調(diào)制為數(shù)字I和O進(jìn)行通信。此原理類似于通信原理中的ASK調(diào)制。通常一個標(biāo)簽天線能否準(zhǔn)確地將芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息調(diào)制發(fā)射，取決于閱讀器對這兩種狀態(tài)的區(qū)分程度，又稱調(diào)制比。反向散射的原理基礎(chǔ)是調(diào)制RCS。根據(jù)雷達(dá)原理，當(dāng)電磁波被大小超過波長一般的物體所反射時，物體發(fā)射電磁波的效率可由其反射橫截面(RCS)來體現(xiàn)。故可用芯片兩種工作狀態(tài)的反射截面的差值A(chǔ)RCS來反應(yīng)調(diào)制比會更直觀。目前，大多數(shù)RFID標(biāo)簽天線的設(shè)計者都只注重匹配和增益的設(shè)計，因?yàn)楦鶕?jù)friis公式，功率傳輸系數(shù)和增益是影響RFID識別距離的最直觀參數(shù)。當(dāng)然小部分設(shè)計者，也會考慮查看天線的匹配和短路兩種狀態(tài)下ARCS，但還僅僅限于查看階段，并沒有把ARCS的最大化作為設(shè)計標(biāo)簽天線的一個重要指標(biāo)，這就不能保證標(biāo)簽天線有最大調(diào)制比。隨著，RFID應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，人們對準(zhǔn)確有效地識別芯片的攜帶信息，提高芯片可讀性能的要求也越來越高。因此，芯片在匹配和短路兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，設(shè)計標(biāo)簽的回波差值A(chǔ)RCS達(dá)到極值，將有著不容忽視的意義。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種RFID標(biāo)簽天線。該RFID標(biāo)簽天線為單面結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板選用RF-4板材，導(dǎo)電材料使用金屬銅；RFID標(biāo)簽天線由一對主輻射體、一個諧振匹配單元和兩根饋線組成。所述的主輻射體對稱設(shè)置在諧振匹配單元兩側(cè)，所述的諧振匹配單元通過兩根饋線與芯片連接。所述的主輻射體呈凹口狀，其靠近RFID標(biāo)簽天線中心的一邊上部內(nèi)凹，該邊同時與諧振匹配單元和饋線連接。所述的諧振匹配單元呈Π型，諧振匹配單元的橫邊與兩側(cè)的主輻射體不相連；諧振匹配單元的縱邊與饋線連接。RFID標(biāo)簽天線包覆有薄型透明材料，用于防止RFID標(biāo)簽天線被損壞。本實(shí)用新型的有益效果利用本實(shí)用新型設(shè)計的RFID標(biāo)簽天線，在RFID系統(tǒng)中應(yīng)用，使得整個RFID閱讀器對I和O的區(qū)分程度最好，調(diào)制比最大，閱讀器的讀取誤碼率也將達(dá)到最低，提聞了可讀性指標(biāo)。

圖I是本實(shí)用新型的RFID標(biāo)簽天線的實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I中RFID標(biāo)簽天線與芯片Monza4共軛匹配時，回波損耗的仿真圖形。圖3是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口阻抗設(shè)為_jl43 Ω，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波頻率變化的仿真圖形?！D3 Ca)是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口阻抗設(shè)為1·143Ω，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形。圖3 (b)是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口阻抗設(shè)為11-]·143Ω，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形。圖4是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口阻抗設(shè)為1_145Ω (等價于I. 2pF電容)，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波頻率變化的仿真圖形。圖4 (a)是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口阻抗設(shè)為-」145Ω (等價于I. 2pF電容),入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形。圖4 (b)是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口阻抗設(shè)為10-」145Ω (等價于10 Ω電阻和I. 2pF電容串聯(lián))，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形。圖5是標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線的回波損耗測量圖形。圖5 Ca)是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口焊接I. 2pF貼片電容后，放在距離標(biāo)準(zhǔn)天線不遠(yuǎn)處，標(biāo)準(zhǔn)天線的回波損耗測量圖形。圖5 (b)是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口串聯(lián)10 Ω貼片電阻和I. 2pF貼片電容后，放在距離標(biāo)準(zhǔn)天線不遠(yuǎn)處，標(biāo)簽天線的回波損耗測量圖形。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的各實(shí)施例做詳細(xì)的說明所述實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(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，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。參見圖1，RFID標(biāo)簽天線該RFID標(biāo)簽天線為單面結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板I選用FR-4板材，導(dǎo)電材料使用金屬銅；RFID標(biāo)簽天線由一對主輻射體、一個諧振匹配單元和兩根饋線組成。所述的主輻射體2-1和2-2對稱設(shè)置在諧振匹配單元3的兩側(cè)，主輻射體2-1和2-2均經(jīng)過四次矩形彎折，由五條彎折線組成；所述的諧振匹配單元3通過兩根饋線(4-1和4-2)與芯片5連接；所述的主輻射體2-1和2-2均呈凹口狀，其靠近RFID標(biāo)簽天線中心的一邊上部內(nèi)凹，該邊同時與諧振匹配單元3和饋線(4-1和4-2)連接；所述的諧振匹配單元3呈Π型，諧振匹配單元3的橫邊與兩側(cè)的主輻射體不相連，諧振匹配單元3的縱邊與饋線(4-1和4-2)連接；RFID標(biāo)簽天線包覆有薄型透明材料6，用于防止RFID標(biāo)簽天線被損壞。[0025]首先，需要說明本實(shí)用新型RFID標(biāo)簽天線是使用HFSSll電磁仿真軟件設(shè)計的，在915MHz頻率條件下，芯片的輸入阻抗參考Monza4的單端模式阻抗ll_jl43 Ω。參見圖2，是所述標(biāo)簽天線與芯片共軛匹配時的回波損耗。其中，介質(zhì)基板厚度為Imm ;主輻射體2-1的五條彎折線的總長為63. 8mm ;諧振匹配單元3的橫邊長為44mm，縱邊長為I. 7mm ;諧振匹配單元3的橫邊與主輻射體最外側(cè)邊間距是O. 975mm ;所述標(biāo)簽天線，除饋線4-1和4-2寬度為Imm之外，其他所有線寬均為2mm。另外，由于主輻射體的四次彎折，以及所采用Π型結(jié)構(gòu)的諧振匹配單元，在不同厚度、不同介電常數(shù)的介質(zhì)基板上調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的各個尺寸，可以很方便地設(shè)計天線和較多芯片匹配。參見圖3，是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口阻抗設(shè)為1·143Ω，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波頻率變化的仿真圖形，即指芯片短路狀態(tài)。從圖中可以看出，標(biāo)簽在915MHz頻點(diǎn)單站RCS最大，得出結(jié)論此時標(biāo)簽諧振，回波最大。參見圖3 (a)，是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口阻抗設(shè)為_jl43，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形；參見圖3 (b)，是圖I中標(biāo)簽天線饋電·端口阻抗設(shè)為11-j 143 Ω，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形。從圖3 (a)和圖3 (b)中我們可以計算得出芯片兩種工作狀態(tài)的仿真ARCS約為7. 5dB。其次，為了實(shí)物測量ARCS，需要對芯片的短路和匹配兩種狀態(tài)的阻抗做一個近似入射頻率為915MHz時，選用工程上存在的I. 2pF電容(阻抗為-jl45 Ω )代替芯片的短路狀態(tài)(阻抗為1·143Ω);選用10 Ω電阻和1.2pF電容串聯(lián)(阻抗為10_jl45 Ω )，來替代芯片的匹配狀態(tài)(阻抗為11-j 143 Ω )，參見圖4,是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口阻抗設(shè)為-」145Ω (等價于I. 2pF電容),入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波頻率變化的仿真圖形，即指芯片短路狀態(tài)。從圖中可以看出，標(biāo)簽仍約在915MHz頻點(diǎn)單站RCS最大，得出結(jié)論此時標(biāo)簽諧振，回波最大。證明在入射波頻率為915MHz的條件下，端口阻抗設(shè)置可以選用-」145Ω替代-」143Ω進(jìn)行實(shí)物測量。參見圖4(a)，是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口阻抗設(shè)為1_145Ω(等價于I. 2pF電容)，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形；參見圖4 (b)，是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口阻抗設(shè)為10-」145Ω (等價于10 Ω電阻和I. 2pF電容串聯(lián))，入射波頻率為915MHz的條件下，單站RCS隨入射波角度變化的仿真圖形。從圖4(a)和圖4(b)中我們可以計算得出工程電阻和電容近似后，芯片兩種工作狀態(tài)的仿真ARCS約為6. 5dB。最后給出RFID標(biāo)簽間接測量ARCS的方案在微波暗室中，將短路和匹配兩個狀態(tài)的標(biāo)簽天線，分別置于離標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線相同距離的地方，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀觀察兩種狀態(tài)下，標(biāo)準(zhǔn)天線回波損耗的差值，即可體現(xiàn)芯片處于短路和匹配時標(biāo)簽回波差值A(chǔ)RCS。并基于本實(shí)用新型公開的標(biāo)簽天線，給出ARCS仿真和測量的對比結(jié)果。參見圖5，標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線的回波損耗。參見圖5 (a)，是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口焊接I. 2pF貼片電容后，放在距離標(biāo)準(zhǔn)天線不遠(yuǎn)處，標(biāo)準(zhǔn)天線的回波損耗測量圖形；參見圖5 (b)，是圖I中標(biāo)簽天線饋電端口串聯(lián)10Ω貼片電阻和I. 2pF貼片電容后，放在距離標(biāo)準(zhǔn)天線不遠(yuǎn)處，標(biāo)簽天線的回波損耗測量圖形。從圖5 (a)和圖5 (b)中我們可以計算得出工程電阻和電容近似后，芯片兩種工作狀態(tài)的測量回波差值A(chǔ)RCS約為6dB。綜上所述，本實(shí)用新型公開的標(biāo)簽天線，在芯片阻抗經(jīng)過工程近似之后仿真的ARCS為6. 5dB ;測量的ARCS為6dB。仿真和測量結(jié)果存在一定的誤差，這是由天線加工損耗、天線外部透明包層等不確定因素所造成的，但是主要性能趨勢仍是存在的，可以說明該 測量方案的可行性。
權(quán)利要求1.一種RFID標(biāo)簽天線，其特征在于該RFID標(biāo)簽天線為單面結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板選用RF-4板材，導(dǎo)電材料使用金屬銅；RFID標(biāo)簽天線由一對主輻射體、一個諧振匹配單元和兩根饋線組成； 所述的主輻射體對稱設(shè)置在諧振匹配單元兩側(cè)，所述的諧振匹配單元通過兩根饋線與芯片連接； 所述的主輻射體呈凹口狀，其靠近RFID標(biāo)簽天線中心的一邊上部內(nèi)凹，該邊同時與諧振匹配單元和饋線連接； 所述的諧振匹配單元呈Π型，諧振匹配單元的橫邊與兩側(cè)的主輻射體不相連；諧振匹配單元的縱邊與饋線連接； RFID標(biāo)簽天線包覆有薄型透明材料,用于防止RFID標(biāo)簽天線被損壞。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種RFID標(biāo)簽天線。本實(shí)用新型的RFID標(biāo)簽天線由一對主輻射體、一個諧振匹配單元和兩根饋線組成。主輻射體對稱設(shè)置在諧振匹配單元兩側(cè)，諧振匹配單元通過兩根饋線與芯片連接；主輻射體呈凹口狀，其靠近RFID標(biāo)簽天線中心的一邊上部內(nèi)凹，該邊同時與諧振匹配單元和饋線連接；諧振匹配單元呈Π型，諧振匹配單元的橫邊與兩側(cè)的主輻射體不相連；諧振匹配單元的縱邊與饋線連接。利用本實(shí)用新型設(shè)計的RFID標(biāo)簽天線，在RFID系統(tǒng)中應(yīng)用，使得整個RFID閱讀器對1和0的區(qū)分程度最好，調(diào)制比最大，閱讀器的讀取誤碼率也將達(dá)到最低，提高了可讀性指標(biāo)。
文檔編號H01Q1/38GK202585712SQ20122027230
公開日2012年12月5日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者官伯然, 張麗艷, 張書俊, 陳斌, 李均 申請人:杭州電子科技大學(xué)