[发明专利]折叠型超高频RFID双面抗金属标签天线

说明书

本发明提出一种折叠型超高频RFID双面抗金属标签天线，由顶部导体层、底部导体层和中间层构成的三层结构；所述中间层上设置有呈嵌套设置的第一变形环、第二变形环、第三变形环和芯片；所述第一变形环呈U型，位于中间层的最外侧；所述第二变形环呈U型，位于第一变形环的内侧；所述第三变形环呈方环结构，位于第二变形环的内侧；所述芯片设置在第三变形环两个弯折臂之间的狭长缝隙处；所述顶部导体层、底部导体层和中间层之间由绝缘材料填充，三层结构的一侧由左侧短接线连接顶部导体层和底部导体层，另一侧由右侧五段短接线连接三个变形环和底部导体层。该标签天线结构简单、尺寸紧凑，无需金属过孔或短路柱。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种折叠型超高频RFID双面抗金属标签天线。

背景技术

射频识别技术(Radio Frequency Identification, RFID) 是一种无线通信技术，可以通过无线电信号识别具体目标并读写相关数据信息，在医疗器械，库存跟踪，生产管理等方面应用广泛。RFID系统的工作流程为：读写器通过天线发送一定频率的射频信号，电子标签被激发出感应电流并在获得足够能量的情况下开始工作，激活后的标签将自身信息通过内置天线发送出去，读写器天线接收信号并对该信号进行解调和解码，并送至后台主系统进行相应处理。

然而，当标签靠近金属物体时，金属表面会感应出180°反相的镜像电流，这会显着降低天线性能，同时由于金属边界条件制约，金属表面的磁力线分布总是趋于平缓，当标签被贴附 (或靠近)金属表面时，标签天线无法通过“切割”磁力线获得足够的电磁能量，导致标签的辐射电阻减小，辐射效率降低。因此，抗金属标签天线的设计一直是一项挑战。

高介电基板可以满足标签对不同金属物体灵活工作的要求。插入电磁带隙(Electromagnetic Bandgap ，EBG)结构或人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor，AMC)结构也可以减轻金属对标签造成的影响。由于自带的金属地结构可以隔离辐射贴片与背衬金属，微带天线被广泛应用于各类金属环境。平面倒 F 天线(planar inverted-Fantenna，PIFA)和平面倒 L 天线(planar inverted-L antenna，PILA)将辐射面的一侧短接到地，进一步缩减了抗金属标签天线的尺寸。一些特殊的结构也被用于设计各种金属标签天线，例如互补开口环谐振器、双环结构和半波长缝隙谐振器。折叠贴片天线因自带金属地结构也成为了抗金属标签天线的一个良好的候选，天线性能可以通过简单地调整结构来优化，例如辐射贴片、短路短截线、短路墙和地。虽然现已研究出多种抗金属标签天线，但大部分天线只能实现单面抗金属性能。

发明内容

考虑如果现有的单面抗金属标签天线被错误地放置在金属物体上，它们的性能会骤降，因此，在实际应用中，非常希望RFID标签具有双面抗金属性能。为了弥补现有技术的空白和不足，本发明旨在提供一种折叠型超高频RFID双面抗金属标签天线，确保标签天线的任一侧放置在金属物体时，标签都可以实现最佳工作状态。

该标签天线具有三层导体结构，各个导体层之间用泡沫隔开。将该标签放置在金属环境中，接触背景金属的导体层可看做是该折叠贴片天线的接地层，另一侧导体层和由三个变形环构成的中间层可看做是该天线的辐射层，该三层结构有利于实现标签天线良好的双面抗金属性。通过调节中间层的三个变形环，使标签两侧的谐振频点基本实现良好的一致性，且两侧均能实现良好的阻抗匹配。该标签天线结构简单、尺寸紧凑，无需金属过孔或短路柱，任意一面接触背景金属时，可用频段皆可以被主要国家超高频RFID标签天线的应用频段覆盖，适合应用在复杂的工业物联网相关测量领域中。

在一具体使用例中，尺寸为35mm×22mm×2.15mm。顶面贴近背景金属时的-10dB的频带为881MHz-972MHz，最大功率传输系数为99.9%，915MHz时的读取距离为6.01m；底面贴近背景金属时的-10dB的频带为877MHz-977MHz，最大功率传输系数为99.9%，915MHz时的读取距离为6.23m，并且都具备良好的定向辐射性能。