專利名稱：抗金屬射頻識別標簽以及包括該標簽的射頻識別系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于射頻識別(Radio Frequency Identification, RFID)技術領域，涉及一種抗金屬RFID標簽以及包括該RFID標簽的RFID系統。
背景技術：
RFID技術已經被廣泛已經被廣泛應用于各個領域，例如，貨物銷售、運輸、生產、廢物管理、郵政跟蹤、航空行李管理、車輛收費管理等領域，傳統的紙帶條形碼因其存儲能力小、不能改寫等缺點，在識別領域，其已經慢慢被RFID系統所替代。RFID系統通常地包括多個RFID標簽、至少一個與該RFID標簽通信的具有天線的RFID讀取器、以及用于控制該RFID讀取器的計算裝置。通常地，RFID標簽由RFID標簽天線和標簽芯片組成；RFID讀取器包括用于將能量或信息提供到RFID標簽的發送器以及用于從RFID標簽接收身份和其它信息；計算裝置處理通過RFID讀取器所獲得的信息。RFID讀取器的發送器經由天線輸出RF(Radio Frequency,射頻)信號,從而產生電磁場,該電磁場使得標簽返回攜帶信息的RF信號。在RFID標簽中，電磁場所產生的無線電波信號是經由其RFID標簽天線傳送到標簽芯片，并且，標簽芯片的電流信號是通過RFID標簽天線傳送到空間中。但是，普通RFID標簽在貼附應用于金屬表面(例如車牌)的產品上時，由于金屬表面對入射電磁波的反射作用，將會有較強的反方向電磁波也穿過電子標簽，金屬與RFID標簽之間由此產生近距離耦合效應，使得RFID天線的輸入阻抗、方向圖、增益、帶寬等參數都發生變化，進而嚴重影響RFID讀取器對RFID標簽的讀取距離，甚至無法讀取而導致天線失效。因此，為避免以上現象限制RFID標簽在金屬環境下的應用，現有技術中主要通過以下幾種方式來改善RFID標簽在金屬環境下的讀取情況。第一種是，通過調整RFID標簽中的天線與金屬表面之間距離。當天線與金屬表面之間的距離被調整為O. 25 λ ^ (真空中的工作波長)時，金屬表面造成的反射波和工作用電磁波將同相疊加，天線的性能將得以保持甚至改善。但是該方法不可避免地使RFID標簽的厚度和體積大大增加。第二種是，在金屬表面和RFID標簽的天線之間填充高介電常數物質。該高介電常數物質可以用作RFID標簽的襯底或基體，從而可以縮短金屬表面與天線之間的電磁波波長，并使反射波變成有助于天線正常工作的電磁波。例如，申請號為PCT/JP2007/001287的國際中提出了 EGB(Electromagnetic Band-Gap,電磁帶隙)結構的RFID標簽,這種EGB結構在結構上相對復雜，難于加工制造。并且這種方式依賴于高介電常數物質，不可避免地帶來高成本的問題。另外，也還有在RFID標簽中設置吸波材料以吸收反射波的解決方式，例如，IFA(Inverted F Antenna,反向F天線)。但是,吸波材料吸收也吸收RFID讀取器發射的部·分電磁波，導致能量容易耗散在吸波材料中，并沒有被RFID標簽(特別是無源標簽類型)很好地利用。并且，吸波材料的設置也不可避免地帶來高成本的問題。
有鑒于此，有必要提出一種新型的抗金屬RFID標簽。
發明內容
本發明的目的之一在于，實現RFID標簽的抗金屬特性。本發明的又一目的在于，降低抗金屬RFID標簽的成本。為實現以上目的或者其它目的，本發明提供以下技術方案。按照本發明的一方面，提供一種RFID標簽，包括基體以及設置于所述基體之上的標簽天線以及標簽芯片，所述標簽天線包括兩個塊狀的主輻射體，其關于中心軸對稱；位于所述兩個主輻射體之間的第一饋線，該第一饋線部分地與每個主輻射體縫隙·率禹合;電感條，其插接于所述第一饋線之上；貼片，其用于接地；第二饋線，其用于連接每個主輻射體與所述貼片；其中，所述主輻射體用于實現所述標簽天線與所述標簽芯片容性匹配；所述第一饋線和電感條共同用于實現所述標簽天線與所述標簽芯片感性匹配。按照本發明提供的RFID標簽的一實施例，其中，所述標簽天線的饋電點位于第一饋線與貼片之間的接口處，所述標簽芯片置于所述饋電點。按照本發明提供的RFID標簽的又一實施例，其中，在O. 2mm至13mm范圍內可操作地設置所述第一饋線與所述輻射體之間的縫隙間距，以實現標簽天線與所述標簽芯片感性匹配。并且/或者在O. 2mm至13mm范圍內可操作地設置所述第一饋線的寬度，以實現標簽天線與所述標簽芯片感性匹配。并且/或者在5_至60_范圍內可操作地設置與每個主輻射體縫隙耦合的部分的第一饋線的長度范圍，以實現標簽天線與所述標簽芯片感性匹配。在之前所述的RFID標簽實施例中，優選地，所述第一饋線為三段饋線所組成的U形饋線，每段饋線的寬度各自在O. 2_至13_范圍內可操作地設置。在之前所述的RFID標簽實施例中，可選地，所述主輻射體可以為矩形方塊狀、梯形方塊狀或正方形方塊狀。按照本發明提供的RFID標簽的再一實施例，其中，在50平方毫米至1200平方毫米范圍內可操作地設置每個主輻射體的面積，以實現該實現所述標簽天線與所述標簽芯片容性匹配。在之前所述的RFID標簽實施例中，可選地，所述與每個主輻射體縫隙耦合部分的第一饋線相對于該主輻射體平行地設置或傾斜地設置。在之前所述的RFID標簽實施例中，優選地，所述第一饋線為U形饋線，該U形饋線的開口朝向所述貼片，電感條插接于所述第一饋線上以使所述電感條部分地被所述第一饋線包圍。按照本發明提供的RFID標簽的還一實施例，其中，在3mm至IOOmm范圍內可操作地設置被所述第一饋線包圍的部分的電感條的長度，以實現標簽天線與所述標簽芯片感性匹配。在之前所述的RFID標簽實施例中，優選地，所述電感條相對于所述主輻射體基本平行設置。在之前所述的RFID標簽實施例中，優選地,所述電感條位于所述中心軸上。在之前所述的RFID標簽實施例中，優選地，所述第二饋線為直饋線。在之前所述的RFID標簽實施例中，優選地，排列所述貼片、第二饋線和主輻射體以形成基本為“凸”字形的平面標簽天線。在之前所述的RFID標簽實施例中，優選地，所述基體的厚度范圍為Imm至60mm。在之前所述的RFID標簽實施例中，優選地,所述基體為泡沫材料制成。按照本發明的又一方面，提供一種射頻識別系統，其包括多個如上所述及的任意一種RFID標簽。
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本發明的技術效果是，該RFID標簽通過標簽天線的形狀的靈活性設計，從而使其可調節設置性強，易于在金屬環境下實現標簽天線與標簽芯片之間的阻抗匹配，因此，抗金屬特性好。并且，不依賴于RFID標簽的基體的厚度和/或材料，成本低，厚度小并且體積小。
從結合附圖的以下詳細說明中，將會使本發明的上述和其它目的及優點更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的標號表示。圖I是按照本發明第一實施例提供的RFID標簽的結構示意圖。圖2是按照本發明第二實施例提供的RFID標簽的結構示意圖。圖3是按照本發明第三實施例提供的RFID標簽的結構示意圖。圖4是按照本發明第四實施例提供的RFID標簽的結構示意圖。圖5是按照本發明第五實施例提供的RFID標簽的結構示意圖。
具體實施例方式下面介紹的是本發明的多個可能實施例中的一些，旨在提供對本發明的基本了解，并不旨在確認本發明的關鍵或決定性的要素或限定所要保護的范圍。容易理解，根據本發明的技術方案，在不變更本發明的實質精神下，本領域的一般技術人員可以提出可相互替換的其它實現方式。因此，以下具體實施方式
以及附圖僅是對本發明的技術方案的示例性說明，而不應當視為本發明的全部或者視為對本發明技術方案的限定或限制。圖I所示為按照本發明第一實施例提供的RFID標簽的結構示意圖。在該實施例中，標簽10包括基體1000、標簽芯片900以及由金屬形成的RFID標簽天線。RFID標簽天線可以通過印刷、刻蝕等方法構圖形成于基體1000之上(如圖中所示形狀)，從而形成平面天線；標簽芯片900置于RFID標簽天線的饋電點160處。首先對圖I所示RFID標簽的平面標簽天線的結構進行詳細說明。如圖I所示，標簽天線包括兩個塊狀的主輻射體110，兩個主輻射體110關于其中一條中心軸190對稱。主輻射體110的形狀可以為矩形、梯形或者正方形等，但是其具體形狀不受本發明實施例限制。通過將主輻射體設置為塊狀，其有效輻射面積較大，能有效地提高標簽天線的整體增益以及RCS (Radar Cross-Section,雷達散射截面)值。兩個主輻射體110之間的間距范圍可以為5mm至100mm，在兩個主輻射體110的之間，可以設置U形饋線120和狹長電感條130。U形饋線120的兩段水平部分饋線分別與每個主輻射體之間形成縫隙，從而使其水平部分與主輻射體在工作時實現縫隙耦合，也即，主輻射體110可以通過U形饋線的水平段部分來實現縫隙耦合饋電。饋電點160設置在U形饋線120的一端與貼片140之間的接口處，在又一實施例中，饋電點160也可以設置在U形饋線120的上水平端部分的一端與貼片140之間的接口處。狹長電感條130垂直地插接于U形饋線120的垂直段部分，狹長電感條130插接于U形饋線120時，可以使其中的一部分插入U形饋線120所包圍的區域中，狹長電感條130的插入部分的也即U形饋線120所包圍的部分(如圖中的L部分所示)。優選地，U形饋線的水平段部分與每個主輻射體110之間基本平行地設置；當然，在其它實施例中，U形饋線的水平段部分與每個主輻射體110之間也可以以較小夾角傾斜地設置。狹長電感條130優選地置于中心軸190之上。需要說明的是，上述“水平部分”和“垂直部分”是相對于該圖I所示實施例的RFID標簽的放置方位來定義的，它們只是相對的概念。在RFID標簽的放置方位發生變化時，其 也隨之相對變化。繼續如圖I所示，標簽天線還包括貼片140以及連接貼片140和主輻射體的直饋線150。在該實施例中，貼片140基本對準兩個主輻射體110之間的區域設置，兩條直饋線150分別設置于貼片140的上邊沿和下邊沿。因此，貼片140、兩條直饋線150和兩個主輻射體110基本地排列形成了一個“凸”字形狀；貼片140在此也可以稱為“凸形貼片”(其相對于兩個主輻射體外凸設置)。這樣，有利于節省標簽天線的面積。在實際應用中，標簽芯片900的阻抗可以表示為(A’ +B’ j)歐姆，其中，“A’”表示阻抗的實部，“B’”表示阻抗的虛部；RFID標簽的標簽天線阻抗可以表示為(A+Bj)歐姆，其中，“A”表示阻抗的實部，“B”表示阻抗的虛部。在本發明中，標簽天線的阻抗的實部大小可以通過調節設置主輻射體110的面積來調節，標簽天線的阻抗的虛部大小可以通過調節設置標簽天線的U形饋線120、狹長電感條130的結構特征尺寸來調節，例如，調節U形饋線120的水平段部分與主輻射體110之間的縫隙間距，和/或調節U形饋線120的水平段部分的長度，和/或調節狹長電感條130的插入部分(也即L)的尺寸等。為實現RFID標簽天線與標簽芯片最大能量傳輸，必須盡量實現二者阻抗的共軛匹配，也即(A’+B’ j) = (A+Bj)。因此，必須使實現該RFID標簽天線與該標簽芯片900之間容性匹配，也即兩者的阻抗的實部基本相等(A’ = A);也必須使實現該RFID標簽天線與該標簽芯片900之間感性匹配，也即兩者的阻抗的實部基本相等(B’ =B)。在該發明中，通過調節設置主輻射體110的面積來實現RFID標簽天線與該標簽芯片900之間的基本容性匹配(也即A’基本等于A)，例如，在50_2至1200mm2范圍內調節設置主輻射體110的面積(諸如設置為600_2)來實現；通過調節U形饋線120、狹長電感條130的形狀特征尺寸來實現RFID標簽天線與該標簽芯片900之間的基本感性匹配(也即B’基本等于B)，例如，通過在O. 2mm至13mm范圍內調節設置U形饋線120與每個輻射體110之間的縫隙間距(諸如設置為IOmm),或者通過在O. 2mm至13mm范圍內調節設置U形饋線120的寬度(諸如設置為6mm或8mm)，或者通過在5mm至60mm范圍內調節設置U形饋線的水平段部分的長度范圍(諸如設置為20mm或40mm)，或者通過在在3mm至IOOmm范圍內調節設置被U形饋線包圍的部分的狹長電感條(即L部分)的長度(諸如設置為50mm或80mm)，也或者通過以上四種方式的任意組合來共同實現標簽天線與該標簽芯片900之間的基本感性匹配。因此，在該RFID標簽應用于金屬環境時，RFID標簽天線的設計靈活性大大增加，隨著環境變化可以調節設計RFID標簽天線，易于使標簽天線隨環境變化而實現阻抗匹配，消除了金屬反射對RFID標簽的影響。需要說明的是，在在O. 2mm至13mm范圍內調節設置U形饋線120的寬度時，組成U形饋線的3端饋線的之間的寬度可以不相等，即3端饋線可以分別各自調節其寬度，從而有利于調整電流通阻程度、實現細微的阻抗調節。進一步，在通過本發明的標簽天線設計靈活性強的情況下，RFID標簽10的抗金屬特性并不依賴于基體1000，例如，基體1000不再需要選擇高介電常數物質材料，基體1000的厚度也不需要設置為O. 25 λ。，因此，RFID標簽10的成本可以大大降低，厚度也可以降低。在該實施例中，基體1000可以選擇成本相對高但抗輻射特性好的FR4(環氧玻璃布)、聚乙烯(polyethene)或聚酯(polyester)等材料,也可以選擇成本的泡沫等材料。RFID標簽天線10的整體厚度也可以設置在Imm至60mm范圍內(例如5mm),因此,在抗金屬的同時，厚度相對較小。 通過對圖I所示實施例中的標簽天線的形狀進行變化設置，可以得到以下實施例的RFID標簽。圖2所示為按照本發明第二實施例提供的RFID標簽的結構示意圖。如圖2所示，RFID標簽20同樣地包括基體1000、標簽芯片900以及置于該基體上的標簽天線，標簽芯片900置于標簽天線的饋電點260處。標簽天線包括兩個關于中心軸290對稱設置的主輻射體210、置于兩個主輻射體210之間區域的饋線220和狹長電感條230、接地的貼片240以及用于連接貼片240和主輻射體210的直饋線250。相比于圖I所示實施例的標簽天線，其差別包括U型饋線120與饋線220之間的形狀差異、貼片140與240的形狀差異。主輻射體210同樣地與饋線220的水平段部分實現縫隙耦合。圖3所示為按照本發明第三實施例提供的RFID標簽的結構示意圖。如圖3所示，RFID標簽30同樣地包括基體1000、標簽芯片900以及置于該基體上的標簽天線，標簽芯片900置于標簽天線的饋電點360處。標簽天線包括兩個關于中心軸390對稱設置的主輻射體310、置于兩個主輻射體310之間區域的U形饋線320和電感條330、接地的貼片340以及用于連接貼片340和主輻射體310的直饋線350。相比于圖I所示實施例的標簽天線，其差別包括U型饋線120與U形饋線320之間的形狀差異、貼片140與340的形狀差異，并且電感條330在U形饋線320包圍的區域中設置了垂直段部分，從而進一步增加了標簽天線的虛部阻抗的調節靈活度。主輻射體310同樣地與U形饋線320的水平段部分實現縫隙耦
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口 ο圖4所示為按照本發明第四實施例提供的RFID標簽的結構示意圖。如圖4所示，RFID標簽40同樣地包括基體1000、標簽芯片900以及置于該基體上的標簽天線，標簽芯片900置于標簽天線的饋電點460處。標簽天線包括兩個關于中心軸490對稱設置的主輻射體410、置于兩個主輻射體410之間區域的饋線420和狹長電感條430、接地的貼片440以及用于連接貼片440和主輻射體410的直饋線450。相比于圖I所示實施例的標簽天線，其差別包括U型饋線120與饋線420之間的形狀差異、貼片140與440的形狀差異，其中饋線420可以彎曲折疊地設置以調節饋線420與主輻射體縫隙耦合部分的長度。圖5所示為按照本發明第五實施例提供的RFID標簽的結構示意圖。如圖5所示，RFID標簽50同樣地包括基體1000、標簽芯片900以及置于該基體上的標簽天線，標簽芯片900置于標簽天線的饋電點560處。標簽天線包括兩個關于中心軸590對稱設置的主輻射體510、置于兩個主輻射體510之間區域的饋線520和狹長電感條530、接地的貼片540以及用于連接貼片540和主輻射體510的直饋線550。相比于圖I所示實施例的標簽天線，其差別包括U型饋線120與饋線520之間的形狀差異、貼片140與540的形狀差異，其中饋線52中與主輻射體510縫隙耦合部分的線段中設置塊狀區域，該塊狀區域可以用來局部調整電流的通阻，調節饋線與主輻射體縫隙耦合程度，實現阻抗的細微調節。以上圖2至圖5所示實施例的RFID標簽中與圖I所示實施例的RFID標簽的相同部分的設置及工作原理不再一一描述，同樣地，圖2至圖5實施例的RFID標簽可以應用于金屬環中，抗金屬特性好。本發明同時提供RFID系統，其包括多個以上實施例中所描述的RFID標簽(10、20、30,40或50)，該RFID系統還包括具有天線的RFID讀取器、以及用于控制該RFID讀取器的計算裝置。RFID讀取器和計算裝置為本領域技術人員完全能夠實現的部件，在此不再一一描述。
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以上例子主要說明了本發明的RFID標簽及其RFID系統。盡管只對其中一些本發明的實施方式進行了描述，但是本領域普通技術人員應當了解，本發明可以在不偏離其主旨與范圍內以許多其他的形式實施。因此，所展示的例子與實施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權利要求所定義的本發明精神及范圍的情況下，本發明可能涵蓋各種的修改與替換。
權利要求
1.一種射頻識別標簽，包括基體以及設置于所述基體之上的標簽天線以及標簽芯片，其特征在于，所述標簽天線包括 兩個塊狀的主輻射體，其關于中心軸對稱； 位于所述兩個主輻射體之間的第一饋線，該第一饋線部分地與每個主輻射體縫隙耦合； 電感條，其插接于所述第一饋線之上； 貼片，其用于接地； 第二饋線，其用于連接每個主輻射體與所述貼片； 其中，所述主輻射體用于實現所述標簽天線與所述標簽芯片容性匹配；所述第一饋線和電感條共同用于實現所述標簽天線與所述標簽芯片感性匹配。
2.如權利要求I所述的射頻識別標簽，其特征在于，所述標簽天線的饋電點位于第一饋線與貼片之間的接口處，所述標簽芯片置于所述饋電點。
3.如權利要求I所述的射頻識別標簽，其特征在于，在O.2mm至13mm范圍內可操作地設置所述第一饋線與所述輻射體之間的縫隙間距，以實現標簽天線與所述標簽芯片感性匹配。
4.如權利要求I或3所述的射頻識別標簽，其特征在于，在O.2mm至13mm范圍內可操作地設置所述第一饋線的寬度，以實現標簽天線與所述標簽芯片感性匹配。
5.如權利要求4所述的射頻識別標簽，其特征在于，所述第一饋線為三段饋線所組成的U形饋線，每段饋線的寬度各自在O. 2_至13_范圍內可操作地設置。
6.如權利要求I或3或4所述的射頻識別標簽,其特征在于，在5mm至60mm范圍內可操作地設置與每個主輻射體縫隙耦合的部分的第一饋線的長度范圍，以實現標簽天線與所述標簽芯片感性匹配。
7.如權利要求I所述的射頻識別標簽，其特征在于，所述主輻射體為矩形方塊狀、梯形方塊狀或正方形方塊狀。
8.如權利要求I或7所述的射頻識別標簽，其特征在于，在50平方毫米至1200平方毫米范圍內可操作地設置每個主輻射體的面積，以實現該實現所述標簽天線與所述標簽芯片容性匹配。
9.如權利要求I所述的射頻識別標簽，其特征在于，所述與每個主輻射體縫隙耦合部分的第一饋線相對于該主輻射體平行地設置或傾斜地設置。
10.如權利要求I所述的射頻識別標簽，其特征在于，所述第一饋線為U形饋線，該U形饋線的開口朝向所述貼片，電感條插接于所述第一饋線上以使所述電感條部分地被所述第一饋線包圍。
11.如權利要求10所述的射頻識別標簽,其特征在于,在3mm至IOOmm范圍內可操作地設置被所述第一饋線包圍的部分的電感條的長度，以實現標簽天線與所述標簽芯片感性匹配。
12.如權利要求I所述的射頻識別標簽，其特征在于，所述電感條相對于所述主輻射體基本平行設置。
13.如權利要求I或12所述的射頻識別標簽，其特征在于，所述電感條位于所述中心軸上。
14.如權利要求I所述的射頻識別標簽，其特征在于，排列所述貼片、第二饋線和主輻射體以形成基本為“凸”字形的平面標簽天線。
15.如權利要求I所述的射頻識別標簽，其特征在于，所述基體的厚度范圍為Imm至60mmo
16.一種射頻識別系統，其特征在于，包括多個如權利要求1-15中任一項所述的射頻識別標簽。
全文摘要
本發明提供一種抗金屬射頻識別(RFID)標簽以及包括該標簽的射頻識別系統，屬于RFID技術領域。該RFID標簽的標簽天線包括兩個關于中心軸對稱的塊狀的主輻射體、位于所述兩個主輻射體之間的第一饋線其插接于所述第一饋線之上的電感條、接地的貼片、用于連接每個主輻射體與所述貼片的第二饋線；其中，該第一饋線部分地與每個主輻射體縫隙耦合，所述主輻射體用于實現所述標簽天線與所述標簽芯片容性匹配，所述第一饋線和電感條共同用于實現所述標簽天線與所述標簽芯片感性匹配。該RIFD標簽具有抗金屬特性好、成本低，厚度小并且體積小的特點。
文檔編號H01Q1/22GK102930326SQ20111023084
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月12日 優先權日2011年8月12日
發明者安文星, 韓方正, 王彬 申請人:揚州稻源微電子有限公司