[发明专利]小型超高频RFID抗金属标签天线及阻抗分离匹配方法

说明书

技术领域

本发明属于射频识别领域，具体来说，涉及一种可以快速、有效地实现天线与芯片阻抗的共轭匹配，从而提高标签天线的实际增益，最大化标签的工作距离的小型超高频RFID抗金属标签天线及阻抗分离匹配方法。

背景技术

射频识别是一种无线通信技术，它通过标签与阅读器之间的相互感应完成信息采集，与传统条码及二维码相比，射频识别技术具有识别距离长、内容可修改等优点，特别是与物联网融合后，射频识别技术以其自身的特点正在物流供应链、食品药品溯源、车辆交通管理和门禁身份识别等领域发挥着越来越重要的作用。

射频识别系统由标签、阅读器及计算机三部分组成，其中标签包括天线和芯片。射频识别系统可工作于低频、高频、超高频及微波频段，其中超高频段RFID系统由于读取距离大、标签价格低、读取速度快、支持多标签读取等优点，正广泛应用在供应链管理、集装箱、铁路车厢识别、生产线自动化管理等。在纷繁复杂的应用中，经常会遇到金属或液体环境，普通偶极子标签天线在这种环境下性能将大大降低或者不能被读取，因此需要设计专门的标签天线以对抗该环境，而这种能在金属环境下正常工作的天线就称为抗金属标签天线。

超高频RFID在物流领域的应用给抗金属标签天线提出了挑战：小型化，高增益。小型化要求标签天线具有小的轮廓，能够方便地安装在各种位置、材料上；高增益则意味着超高频RFID天线必须保持其阅读距离长的优势，这样才能提高物流效率。由电小天线理论可知，小型化必然伴随着低的天线增益和小的天线带宽。为了有效地提高标签天线增益，通常采用倒F型结构的天线作为抗金属标签天线，而这种天线体积大且带宽窄，不适合一般的物流应用。与此同时，标签天线阻抗与芯片阻抗必须实现共轭匹配以最大化天线的实际增益，即最大化标签的工作距离。由于电荷泵等电路的存在，市面上的无源标签芯片阻抗都具有容性成分，其输入阻抗可等效为皮法级的电容并联千欧级的电阻，且各厂商生产的芯片在输入阻抗上呈现很大的变化。为了与不同输入阻抗的标签芯片实现共轭匹配，天线需要对其输入阻抗的实部和虚部在一定范围内进行自由调节。

发明内容

针对以上的不足，本发明提供了一种可以快速、有效地实现天线与芯片阻抗的共轭匹配，从而提高标签天线的实际增益，最大化标签的工作距离的小型超高频RFID抗金属标签天线及阻抗分离匹配方法。

本发明的小型超高频RFID抗金属标签天线包括基板和涂覆在所述基板表面的辐射体，所述基板包括叠合相连在一起的上基板和下基板，所述辐射体包括顶层辐射体、中间层辐射体和底层辐射体，所述顶层辐射体位于上基板的上表面，所述中间层辐射体位于上基板的下表面或者下基板的上表面，所述底层辐射体位于下基板的下表面，顶层辐射体和中间层辐射体分别通过连接部与底层辐射体连通。

所述上基板上形成有至少一个纵向设置的上通孔，所述下基板上形成有至少两个纵向设置的下通孔，每一所述上通孔和下通孔的内壁分别涂覆有所述连接部，所述顶层辐射体与底层辐射体之间通过上通孔和与之对应的下通孔的内壁的连接部连通，所述中间层辐射体与底层辐射体之间通过下通孔内壁的连接部连通。

所述顶层辐射体包括两个相互独立的顶层辐射区域，标签芯片连接在两个顶层辐射区域之间，每个顶层辐射区域上形成至少一个顶层窄槽。

所述上基板对应于每个顶层辐射区域的位置分别设置有一个上通孔，每个上通孔分别位于顶层辐射区域的外端端部。

两顶层辐射区域形状相同，顶层辐射区域的外部轮廓为圆形、椭圆形、三角形、矩形或者不规则多边形。

所述中间层辐射体上形成有至少一个中间层窄槽。

所述下基板对应于每个上通孔的位置分别设置有一个下通孔，下基板对应于中间层辐射体的中部还设置有一个下通孔。

所述中间层辐射体的外部轮廓为圆形、椭圆形、三角形、矩形或者不规则多边形。

所述上基板和下基板的形状相同，上基板与和下基板之间采用无缝无错位相连。

本发明的抗金属标签阵列天线的阻抗分离匹配方法包括如下步骤：

Step1：根据标签的最小阅读距离要求并结合电小天线理论或标签的尺寸限制确定天线的基本尺寸；

Step2：根据选用的标签芯片阻抗和标签的中心工作频点确定天线的目标输入阻抗；

Step3：调节顶层辐射体的顶层窄槽的长度，得到标签天线目标阻抗的虚部；

Step4：调节中间层辐射体的中间层窄槽的长度，移动标签天线阻抗实部到中心频点；