用于抗金屬標(biāo)簽的天線及天線的信號(hào)發(fā)射、接收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于超高頻射頻識(shí)別抗金屬標(biāo)簽的全平面結(jié)構(gòu)天線及天線的信號(hào)發(fā)射、接收方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超高頻射頻識(shí)別UHF RFID技術(shù)是包括將唯一的識(shí)別信息存儲(chǔ)到芯片中，以及使用射頻識(shí)別、追蹤或者管理附著于此芯片的物體的技術(shù)。超高頻射頻識(shí)別UHF RFID技術(shù)具有準(zhǔn)確性高、存儲(chǔ)量大、抗惡劣環(huán)境、安全性高的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通、防偽等領(lǐng)域中，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷完善和成熟，超高頻射頻識(shí)別UHF RFID技術(shù)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間，將成為未來(lái)信息社會(huì)建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。
[0003]在相當(dāng)一部分超高頻射頻識(shí)別UHF RFID應(yīng)用中，需要將標(biāo)簽貼附于金屬物體表面，例如汽車、集裝箱、鋼瓶等。此時(shí)，由于金屬邊界效應(yīng)的影響，原有標(biāo)簽天線的輻射模式、輸入阻抗和諧振頻率等性能參數(shù)會(huì)發(fā)生較大改變，使得原有標(biāo)簽天線很難在金屬表面正常工作，標(biāo)簽的讀寫距離會(huì)大幅降低，甚至不能讀取。
[0004]為解決此問題，現(xiàn)有技術(shù)采用如下三種。
[0005]第一種為:采用吸波材料貼附于金屬表面，以減小金屬表面的邊界效應(yīng)，或者使用諸如陶瓷在內(nèi)的特殊材料制造標(biāo)簽天線。此種技術(shù)的缺點(diǎn)在于提高了工藝制造成本，不利于標(biāo)簽的推廣應(yīng)用，同時(shí)此技術(shù)只是減弱了金屬表面的影響，并不是徹底解決此問題。
[0006]第二種為:將標(biāo)簽墊高一定的高度，以減小邊界效應(yīng)的影響。理論和實(shí)踐證明，將標(biāo)簽在金屬表面墊高0.05-0.1 λ，λ為天線工作頻率的有效波長(zhǎng)，即16-32_，可以使標(biāo)簽性能恢復(fù)到可以接受的程度。此種技術(shù)的缺點(diǎn)在于增大了標(biāo)簽體積，不利于應(yīng)用，部分情況下難以實(shí)現(xiàn)上述墊高高度，同時(shí)此技術(shù)也只是減弱了金屬表面的影響，并不是徹底解決此問題。
[0007]第三種為:使用經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)并可以在金屬表面正常工作標(biāo)簽天線，即使用抗金屬標(biāo)簽天線。此技術(shù)從根本上徹底解決了此問題，同時(shí)減小了成本與標(biāo)簽體積，利于應(yīng)用。故抗金屬的標(biāo)簽天線在此類應(yīng)用中是超高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。
[0008]在傳統(tǒng)的抗金屬標(biāo)簽天線中，微帶貼片天線或者平面倒F天線將金屬表面作為了天線的地平面并通過過孔或短路墻連接，從而使得抗金屬標(biāo)簽天線的成本增加，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。對(duì)于超高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽，成本是影響其應(yīng)用的最關(guān)鍵因素。例如發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)朇N 102544725Α所公開的《金屬嵌入式超高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽天線》，其利用了兩個(gè)短路墻，將基板上表面的饋電線與基板下表面的金屬地連接，短路墻增加了工藝步驟，因而增大了成本，不利于標(biāo)簽的推廣。
[0009]此外，平面偶極子標(biāo)簽天線雖然不需要過孔或短路墻，但是這些天線結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且其輸入阻抗不能大范圍靈活變化，難以靈活地與標(biāo)簽芯片共軛匹配。
[0010]綜上，所述現(xiàn)有技術(shù)均不能很好地應(yīng)用于抗金屬標(biāo)簽上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于超高頻射頻識(shí)別抗金屬標(biāo)簽的全平面結(jié)構(gòu)天線及天線的信號(hào)發(fā)射、接收方法，能夠避免金屬表面邊界效應(yīng)對(duì)標(biāo)簽性能的影響，滿足了標(biāo)簽抗金屬和低成本的要求。
[0012]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:用于超高頻射頻識(shí)別抗金屬標(biāo)簽的全平面結(jié)構(gòu)天線，其特征在于，包括介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板作為襯底，所述介質(zhì)基板的一面設(shè)置有輻射貼片、開路饋電線、貼片饋電線和無(wú)源射頻芯片；所述輻射貼片通過貼片饋電線與所述無(wú)源射頻芯片連接，所述無(wú)源射頻芯片與所述開路饋電線連接；所述輻射貼片表面上還設(shè)置有U形槽，用于使阻抗隨頻率變化更為平緩；所述介質(zhì)基板的另一面覆蓋金屬地，所述金屬地用于與開路饋電線接收的信號(hào)進(jìn)行耦合；
[0013]當(dāng)接收信號(hào)時(shí):
[0014]所述輻射貼片，用于感應(yīng)讀寫器發(fā)射的信號(hào)和能量，并發(fā)送至所述開路饋電線和所述貼片饋電線；
[0015]所述開路饋電線，用于接收輻射貼片發(fā)送的信號(hào)和能量并與金屬地耦合后發(fā)送至無(wú)源射頻芯片；
[0016]所述貼片饋電線，用于接收輻射貼片發(fā)送的信號(hào)和能量并傳遞給所述無(wú)源射頻芯片；
[0017]所述無(wú)源射頻芯片，用于接收開路饋電線和貼片饋電線發(fā)送的信號(hào)和能量，并利用接收到的能量對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理；
[0018]當(dāng)所述標(biāo)簽用于發(fā)射信號(hào)時(shí):
[0019]所述無(wú)源射頻芯片，用于根據(jù)接收到的讀寫器的信號(hào)進(jìn)行處理并發(fā)送處理信號(hào)至開路饋電線和貼片饋電線；
[0020]所述開路饋電線，用于接收無(wú)源射頻芯片發(fā)送的信號(hào)并與金屬地耦合后傳遞至輻射貼片；
[0021]所述貼片饋電線，用于接收無(wú)源射頻芯片發(fā)送的信號(hào)并傳遞至輻射貼片；
[0022]所述輻射貼片，用于接收開路饋電線和貼片饋電線發(fā)送的信號(hào)并輻射至空間。
[0023]與現(xiàn)有超高頻射頻識(shí)別天線相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0024](1)本發(fā)明天線的形狀與結(jié)構(gòu)使其具有抗金屬的特性，在金屬板表面，使用本天線的標(biāo)簽最大識(shí)別距尚為5_11米，峰值增益為-3至-1.5dBi ；
[0025](2)本發(fā)明天線的形狀與結(jié)構(gòu)使其阻抗可以通過調(diào)整天線某些參數(shù)而靈活調(diào)整，易于與不同的無(wú)源射頻識(shí)別芯片匹配；
[0026](3)本發(fā)明天線在金屬表面上方具有全向性；
[0027](4)本發(fā)明天線無(wú)過孔和多層板，因而制造工藝簡(jiǎn)單，降低了生產(chǎn)成本，利于標(biāo)簽的推廣與應(yīng)用。
[0028]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn):
[0029]進(jìn)一步，所述介質(zhì)基板為采用FR4材料制成的長(zhǎng)方體薄板，厚度為0.01 λ，λ為天線工作頻率的有效波長(zhǎng)；所述金屬地采用銅材料制成，且覆蓋所述介質(zhì)基板下表面。
[0030]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:高介電常數(shù)的FR4板可以使天線的尺寸縮小，同時(shí)覆銅的FR4板易制造且便宜。
[0031]進(jìn)一步，所述開路饋電線為由豎向段和橫向段組成的T字形狀，所述豎向段一端連接無(wú)源射頻芯片，另一端與所述橫向段連接，且所述豎向段位于所述介質(zhì)基板的其中一條中心線上，所述中心線與所述介質(zhì)基板的長(zhǎng)邊平行；所述豎向段的寬度為3mm。
[0032]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:T字形狀的開路短截線使本天線的阻抗隨頻率的變化更為平緩，而使帶寬增大。
[0033]進(jìn)一步，所述貼片饋電線為采用銅皮制成的矩形，所述貼片饋電線和所述豎向段之間留有預(yù)設(shè)面積的區(qū)域供所述無(wú)源射頻芯片放置，且所述貼片饋電線和無(wú)源射頻芯片均與所述豎向段共線。
[0034]進(jìn)一步，所述貼片饋電線的長(zhǎng)度為3mm，寬度為2mm ；
[0035]所述無(wú)源射頻識(shí)別芯片的最大寬度為3mm。
[0036]進(jìn)一步，所述輻射貼片為采用銅材料制成的“U”型結(jié)構(gòu)，且所述輻射貼片的對(duì)稱線位于所述豎向段所在的直線上。
[0037]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:可以調(diào)整天線的阻抗以使天線和芯片達(dá)到阻抗匹配，適用于各類無(wú)源超高頻射頻識(shí)別芯片。
[0038]進(jìn)一步，所述輻射貼片的一對(duì)臂長(zhǎng)度均為9.5mm，寬度均為1mm，所述輻射貼片的底長(zhǎng)度為49mm，寬度為44mm ;且所述輻射貼片的底與所述介質(zhì)基板的相對(duì)應(yīng)的邊框距離為5mm ο
[0039]進(jìn)一步，所述U形槽的開口方向與所述輻射貼片的開口方向相反，且所述U形槽關(guān)于所述豎向段所在的直線對(duì)稱，所述U形槽與所述貼片饋電線之間的距離為4_。
[0040]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:U形槽可以使本天線的阻抗隨頻率變化更為平緩，從而有效地增大帶寬。
[0041]進(jìn)一步，所述U形槽的一對(duì)臂長(zhǎng)度均為23.25mm,寬度為5_，所述U形槽的底長(zhǎng)度為30mm，寬度為5.25mm。
[0042]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的另一種技術(shù)方案如下:
[0043]用于超高頻射頻識(shí)別抗金屬標(biāo)簽的信號(hào)發(fā)射方法，包括以下步驟:
[0044]所述無(wú)源射頻芯片根據(jù)接收到的讀寫器的信號(hào)進(jìn)行處理并發(fā)送處理信號(hào)至開路饋電線和貼片饋電線；
[0045]所述開路饋電線接收無(wú)源射頻芯片發(fā)送的信號(hào)并與金屬地耦合后傳遞至輻射貼片；
[0046]所述貼片饋電線接收無(wú)源射頻芯片發(fā)送的信號(hào)并傳遞至輻射貼片；
[0047]所述輻射貼片接收開路饋電線和貼片饋電線發(fā)送的信號(hào)并輻射至空間。
[0048]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的另一種技術(shù)方案如下:
[0049]用于超高頻射頻識(shí)別抗金屬標(biāo)簽的信號(hào)接收方法，包括以下步驟:
[0050]所述輻射貼片感應(yīng)讀寫器發(fā)射的信號(hào)和能量，并發(fā)送至所述開路饋電線和所述貼片饋電線；
[0051]所述開路饋電線接收輻射貼片發(fā)送的信號(hào)和能量并與金屬地耦合后發(fā)送至無(wú)源射頻芯片；
[0052]所述貼片饋電線接收輻射貼片發(fā)送的信號(hào)和能量并傳遞給所述無(wú)源射頻芯片；
[0053]所述無(wú)源射頻芯片接收開路饋電線和貼片饋電線發(fā)送的信號(hào)和能量，并利用接收到的能量對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理。