專利名稱：一種小型、可調(diào)形狀的雙環(huán)形超高頻rfid標(biāo)簽天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻識別電子標(biāo)簽，尤其是小型化、全向性、可調(diào)形狀的電子標(biāo)簽。
背景技術(shù)：
射頻識別(Radio Frequency Identification,簡稱RFID)技術(shù)是一種通過無線射頻方式進行非接觸式雙向數(shù)據(jù)通信，從而對目標(biāo)加以識別的技術(shù)。射頻識別系統(tǒng)通常由閱讀器和電子標(biāo)簽組成。電子標(biāo)簽由標(biāo) 簽芯片和標(biāo)簽天線組成，通過電磁波與讀寫器進行數(shù)據(jù)交換，具有智能讀寫和加密通信等功能。標(biāo)簽天線是RFID系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分，RFID系統(tǒng)通過標(biāo)簽天線發(fā)射、接收電磁波，從而實現(xiàn)閱讀器對電子標(biāo)簽的識別。射頻識別系統(tǒng)主要工作在低頻、高頻、超高頻和微波頻段。其中，工作在超高頻(UHF)頻段的射頻識別系統(tǒng)由于具有體積小、讀取距離遠、數(shù)據(jù)傳輸速率高等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注和研究。目前，超高頻標(biāo)簽天線多采用單面彎折偶極子結(jié)構(gòu)，通過不同方法優(yōu)化彎折形狀來達到減小體積和提高性能等目標(biāo)，但是，這種基于彎折偶極子結(jié)構(gòu)的標(biāo)簽天線體積仍然較大，性能也不夠好，需要采用其它原理和結(jié)構(gòu)來進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是將一種源于MNG (Mu-Negative)材料的近場諧振寄生結(jié)構(gòu)-開
口環(huán)引入超高頻標(biāo)簽天線的設(shè)計中，設(shè)計一種區(qū)別于傳統(tǒng)彎折偶極子天線的新型標(biāo)簽天線結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)使標(biāo)簽天線進一步小型化并且具有較高性能的目標(biāo)。采用本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)的標(biāo)簽天線體積超小，并且具有很高的效率和全向性以及廣泛的適用性，只需簡單調(diào)節(jié)就可應(yīng)用于其它標(biāo)簽芯片和工作頻率，并且可以根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境，對標(biāo)簽形狀進行調(diào)整，例如:圓形、矩形、橢圓形等。本發(fā)明提供了一種解決標(biāo)簽天線進一步小型化問題的方法，特別適合在需要標(biāo)簽天線小型化、全向性和對標(biāo)簽形狀有特殊要求的領(lǐng)域進行應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種小型、可調(diào)形狀的雙環(huán)形超高頻RFID標(biāo)簽天線，其特征在于，所述標(biāo)簽天線包括:雙環(huán)形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、基板、RFID標(biāo)簽芯片；所述RFID標(biāo)簽芯片與所述雙環(huán)形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的內(nèi)環(huán)相連。所述天線采用雙環(huán)形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)和外環(huán)可以位于所述基板同一面或者正反面。所述雙環(huán)形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的內(nèi)環(huán)與所述RFID標(biāo)簽芯片相連，構(gòu)成一個閉合環(huán)。所述雙環(huán)形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外環(huán)包圍內(nèi)環(huán)，外環(huán)上有一倒Z形或Z形的缺口。所述雙環(huán)形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)可以為矩形、圓形等環(huán)狀形式。所述RFID標(biāo)簽芯片和內(nèi)環(huán)所構(gòu)成的閉合環(huán)在所述基板上的位置可以調(diào)整。本發(fā)明的有益效果是:通過在遠小于工作波長的貼片磁偶極子附近引入源于MNG材料的開口環(huán)結(jié)構(gòu)，提出了一種小型、可調(diào)形狀的雙環(huán)形超高頻RFID標(biāo)簽天線結(jié)構(gòu)，使標(biāo)簽天線總體積得到進一步減小，不僅具有較好的性能，而且可以根據(jù)不同的需求，調(diào)整標(biāo)簽形狀。雙環(huán)形結(jié)構(gòu)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)間沒有直接的電氣連接，通過耦合傳遞電流，通過調(diào)整電小貼片磁偶極子即內(nèi)環(huán)和外環(huán)結(jié)構(gòu)的各邊長度和線寬，以及倒Z形或Z形缺口的各邊大小可以實現(xiàn)對標(biāo)簽天線的輸入阻抗實部和虛部的調(diào)整，以實現(xiàn)與標(biāo)簽芯片的共軛匹配，以Monza4芯片為例，標(biāo)簽天線所需實現(xiàn)的輸入阻抗為11+」143Ω。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。圖1是本發(fā)明工作于915MHz時的優(yōu)選實施例(矩形環(huán))的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明工作于915MHz時的優(yōu)選實施例(矩形環(huán))的雙環(huán)形結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明工作于915MHz時的優(yōu)選實施例(矩形環(huán))的Sll參數(shù)仿真圖。圖4是本發(fā)明工作于915MHz時的優(yōu)選實施例(矩形環(huán))的輸入阻抗(理想無耗)仿真圖。圖5是本發(fā)明工作于915MHz時的優(yōu)選實施例(矩形環(huán))的輸入阻抗(銅)仿真圖。圖6是本發(fā)明工作于915MHz時的優(yōu)選實施例(矩形環(huán))的增益(理想無耗)仿真圖。圖7是本發(fā)明工作于915MHz時的優(yōu)選實施例(圓形環(huán))的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明工作于915MHz時的優(yōu)選實施例(圓形環(huán))的雙環(huán)形結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明工作于915MHz時的優(yōu)選實施例(圓形環(huán))的Sll參數(shù)仿真圖。圖10是本發(fā)明工作于915MHz時的優(yōu)選實施例(圓形環(huán))的輸入阻抗(理想無耗)仿真圖。圖11是本發(fā)明工作于915MHz時的優(yōu)選實施例(圓形環(huán))的輸入阻抗(銅)仿真圖。圖12是本發(fā)明工作于915MHz時的優(yōu)選實施例(圓形環(huán))的增益(理想無耗)仿真圖。圖13是本發(fā)明工作于915MHz時的一種矩形環(huán)形式的優(yōu)選實施例和圓形環(huán)形式的優(yōu)選實施例的外形對 比中，1、內(nèi)環(huán)，2、具有倒Z形缺口的外環(huán)，3、基板，4、RFID標(biāo)簽芯片。
具體實施例方式以下結(jié)合說明書附圖及具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1、2所示，是本發(fā)明一種小型、可調(diào)形狀的雙環(huán)形超高頻RFID標(biāo)簽天線的矩形環(huán)形式的優(yōu)選實施例結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例包括矩形基板3 ( ε r=4.4, y,=l)、RFID標(biāo)簽芯片4 (本實施例中使用的是Monza4芯片，工作頻率為915MHz時的阻抗為ll_jl43Q )、內(nèi)環(huán)1、具有倒Z形缺口的外環(huán)2，通過調(diào)整基板3的介電常數(shù)和厚度、內(nèi)環(huán)1、外環(huán)2以及缺口的尺寸，可以改變標(biāo)簽天線的輸入阻抗和工作頻率，以滿足所需的參數(shù)，本實施例中的標(biāo)簽天線為一個 32*32*0.8mm3 (0.1*0.1*0.002 λ 3)的小立方體。如圖3所示，是本發(fā)明的一種矩形環(huán)形式的優(yōu)選實施例的Sll參數(shù)仿真圖，圖中給出了采用理想導(dǎo)體和銅作為天線材料時的Sll參數(shù)，由圖可見，采用銅作為材料時的Sll參數(shù)與理想導(dǎo)體相比，諧振頻率略有下降，但是整體性能基本一致，-1OdB帶寬均為5MHz左右，滿足中國、日本等國家和地區(qū)的標(biāo)準。如圖4所示，是本發(fā)明的一種矩形環(huán)形式的優(yōu)選實施例的輸入阻抗(理想無耗)仿真圖，由圖可見，標(biāo)簽天線在所設(shè)計的915MHz頻率上的輸入阻抗為10.9+143.5Ω，與標(biāo)簽芯片的11-143 Ω形成了良好的共軛匹配。如圖5所示，是本發(fā)明的一種矩形環(huán)形式的優(yōu)選實施例的輸入阻抗(銅)仿真圖，由圖可見，標(biāo)簽天線在所設(shè)計的915MHz頻率上的輸入阻抗為14.3+145.6Ω，比理想無耗情況的結(jié)果略有上升但差別不大。如圖6所示，是本發(fā)明的一種矩形環(huán)形式的優(yōu)選實施例的增益(理想無耗)仿真圖，XOZ面和XOY面參見圖2所示，由圖可見，區(qū)別于傳統(tǒng)的偶極子式標(biāo)簽天線，本發(fā)明所述標(biāo)簽天線的輻射具有很好的全向性，增益最大值與最小值僅相差4dB。如圖7、8所示， 是本發(fā)明的一種小型、可調(diào)形狀的雙環(huán)形超高頻RFID標(biāo)簽天線的圓形環(huán)形式的優(yōu)選實施例結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例包括圓形基板3( Si=Ily1=IhRFIDS簽芯片4 (本實施例中使用的是Monza4芯片，工作頻率為915MHz時的阻抗為ll_jl43Q )、內(nèi)環(huán)1、具有倒Z形缺口的外環(huán)2，通過調(diào)整基板3的介電常數(shù)和厚度、內(nèi)環(huán)1、外環(huán)2以及缺口的尺寸，可以改變標(biāo)簽天線的輸入阻抗和工作頻率，以滿足所需的參數(shù)，本實施例中的標(biāo)簽天線為一個直徑36_ (0.1 λ )、厚度0.8mm (0.002 λ )的小圓柱體。如圖9所示，是本發(fā)明的一種圓形環(huán)形式的優(yōu)選實施例的Sll參數(shù)仿真圖，圖中給出了采用理想導(dǎo)體和銅作為天線材料時的Sll參數(shù)，由圖可見，采用銅作為材料時的Sll參數(shù)與理想導(dǎo)體相比，諧振頻率略有下降，但是整體性能基本一致，-1OdB帶寬均為5MHz左右，滿足中國、日本等國家和地區(qū)的標(biāo)準。如圖10所示，是本發(fā)明的一種圓形環(huán)形式的優(yōu)選實施例的輸入阻抗(理想無耗)仿真圖，由圖可見，標(biāo)簽天線在所設(shè)計的915MHz頻率上的輸入阻抗為10.3+144.2Ω，與標(biāo)簽芯片的11-143 Ω形成了良好的共軛匹配。如圖11所示，是本發(fā)明的一種圓形環(huán)形式的優(yōu)選實施例的輸入阻抗(銅)仿真圖，由圖可見，標(biāo)簽天線在所設(shè)計的915MHz頻率上的輸入阻抗為14.8+150.4Ω，比理想無耗情況的結(jié)果略有上升但差別不大。如圖12所示，是本發(fā)明的一種圓形環(huán)形式的優(yōu)選實施例的增益(理想無耗)仿真圖，XOZ面和XOY面參見圖8所示，由圖可見，區(qū)別于傳統(tǒng)的偶極子式標(biāo)簽天線，本發(fā)明所述標(biāo)簽天線的輻射具有很好的全向性，增益最大值與最小值僅相差4.9dB，整體輻射特性與矩形環(huán)形式的優(yōu)選實施例基本相同。如圖13所示，是本發(fā)明的一種矩形環(huán)形式的優(yōu)選實施例和圓形環(huán)形式的優(yōu)選實施例的外形對比圖，如圖可見，圓形環(huán)形式的優(yōu)選實施例與矩形環(huán)形式的優(yōu)選實施例尺寸相差不大，性能基本一致，說明本發(fā)明所述的標(biāo)簽天線的外形可以在性能變化不大的情況下，根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境進行方便的調(diào)整，如矩形、圓形、橢圓形等。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明內(nèi)容所做的等效變換，或?qū)⒈景l(fā)明直接/間接運用在具體設(shè)備或者其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種小型、可調(diào)形狀的雙環(huán)形超高頻RFID標(biāo)簽天線，其特征在于，所述標(biāo)簽天線包括:雙環(huán)形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、基板、RFID標(biāo)簽芯片； 所述RFID標(biāo)簽芯片與所述雙環(huán)形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的內(nèi)環(huán)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)簽天線，其特征在于，所述天線采用雙環(huán)形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)和外環(huán)可以位于所述基板同一面或者不同面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的標(biāo)簽天線，其特征在于，所述雙環(huán)形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的內(nèi)環(huán)與所述RFID標(biāo)簽芯片相連，構(gòu)成一個閉合環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的標(biāo)簽天線，其特征在于，所述雙環(huán)形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外環(huán)包圍內(nèi)環(huán)，外環(huán)上有一倒Z形或Z形的缺口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的標(biāo)簽天線，其特征在于，所述雙環(huán)形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)可以為矩形、圓形等環(huán)狀形式。
6.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的標(biāo)簽天線，其特征在于，所述RFID標(biāo)簽芯片和內(nèi)環(huán)所構(gòu)成的閉合環(huán)在所述基板上的位置可以調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可調(diào)形狀的雙環(huán)形超高頻RFID標(biāo)簽天線，屬于射頻識別技術(shù)領(lǐng)域。所述標(biāo)簽天線在基板一面加工兩個導(dǎo)體環(huán)作為天線結(jié)構(gòu)，其中，內(nèi)環(huán)是一個與芯片相連的閉合導(dǎo)體環(huán)，外環(huán)是一個具有倒Z形缺口的導(dǎo)體環(huán)，環(huán)的形狀可以是圓形、矩形等其它形狀，而性能變化不大。所述標(biāo)簽天線可應(yīng)用于UHF或微波等頻段，以中心頻率為915MHz，芯片采用Monza4為例，采用本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)的標(biāo)簽天線尺寸僅為32*32*0.8mm3(0.1*0.1*0.002λ3)，具有很高的效率和全向性以及廣泛的適用性，只需簡單調(diào)節(jié)就可應(yīng)用于其它芯片和工作頻率。本發(fā)明提供了一種解決標(biāo)簽天線進一步小型化問題的方法，特別適合在需要標(biāo)簽天線小型化、全向性和對標(biāo)簽形狀有特殊要求的領(lǐng)域進行應(yīng)用。
文檔編號H01Q1/22GK103227361SQ20131010648
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者李莉, 王霖川 申請人:北京郵電大學(xué)