超高频抗金属电子标签论文和设计-巩坤

全文摘要

本实用新型涉及一种超高频抗金属电子标签，属于射频识别技术领域。包括天线，天线包括天线主体辐射层和天线底层，天线主体辐射层和天线底层之间通过天线微带连接，天线微带上绑定芯片；天线主体辐射层上开设U型槽，天线主体辐射层和天线底层之间夹装介质基板，介质基板位于天线微带一端开设芯片避让孔。本实用新型工艺简单，生产效率高，成本低。本实用新型提升了电子标签的读写性能，保证了电子标签的读写距离。

主设计要求

1.一种超高频抗金属电子标签，其特征在于，包括天线，天线包括天线主体辐射层和天线底层，天线主体辐射层和天线底层之间通过天线微带连接，天线微带上绑定芯片；天线主体辐射层上开设U型槽，天线主体辐射层和天线底层之间夹装介质基板，介质基板位于天线微带一端开设芯片避让孔。

设计方案

2.根据权利要求1所述的超高频抗金属电子标签，其特征在于，天线主体辐射层两侧开设U型槽。

3.根据权利要求2所述的超高频抗金属电子标签，其特征在于，天线主体辐射层两侧的U型槽交错布置。

4.根据权利要求1所述的超高频抗金属电子标签，其特征在于，天线微带包括设于天线主体辐射层上的第一天线微带，第一天线微带设有第一触点；还包括设于天线底层上的第二天线微带，第二天线微带设有第二触点，第一触点和第二触点绑定芯片。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种超高频抗金属电子标签，属于射频识别技术领域。

背景技术

如图13所示，在很多应用中，RFID标签需要贴附于金属物体表面，具有类偶极子天线的普通无源超高频RFID标签应用于金属表面时，性能会急剧下降，甚至不能被有效读取。

金属物体对于标签天线参数及性能的影响，主要有两个方面，一个是天线场，一个是天线参数，如：阻抗，S参数，辐射效率。天线所工作的场中有RFID阅读器发射的入射波9和被金属表面6反射回来的金属表面反射波11，而RFID阅读器发射的入射波9与金属表面反射波11存在着一定的相位差，导致两者之间在一定程度上相互抵消使得场强减弱，这样，工作在此环境下的RFID电子标签7的天线便无法感应出足够的电流来为标签芯片提供能量，RFID电子标签7的天线无法反射出RFID电子标签的天线反射波10，使得标签芯片无法被激活导致无法工作：而天线参数变化是由于天线工作在金属表面的时候，将金属板看做天线自身的一部分，这样即使天线的物理尺寸没有发生变化，其阻抗值，S参数等等还是发生了改变，从而导致天线性能的下降。因此，在适用于金属环境时，设计合适的抗金属标签，是保证RFID系统应用效果的一个前提。超高频抗金属电子标签主要类型：常见的抗金属标签主要有ABS类、PCB类、滴胶类、陶瓷类、泡棉类、柔性抗金属电子标签，并且可以制作成各种样式和形状，如条形、方形、圆形。抗金属标签被广泛应用在电力资产管理、企业资产管理、设备管理、危险品管理野外金属管理、物流里的托盘管理、资产追踪、金属货架管理等。

1、ABS抗金属标签

该类标签结构主要是通过ABS塑料外壳，增加标签与金属表面的距离来达到超高频标签抗金属的目的，缺陷是尺寸太大，读取效果一致性较差。

2、PCB抗金属标签

在众多PCB标签材料中，由阻燃剂4，FR-4，层压材料制成的抗金属RFID标签，虽然性能稳定，但是工序过程复杂，成本较高。

3、滴胶抗金属标签

采用泡棉与滴胶相结合的基材封装，成本较高，主要适合高频类抗金属电子标签的封装，相对而言读取距离有限。

4、陶瓷抗金属标签

采用特种陶瓷基材封装，可安装于金属物质表面，具有较强的防腐蚀性，可适用恶劣的工作环境。该类标签的最大缺陷是，工艺过程复杂，成本太高。

5、柔性抗金属标签

具有一定的柔性，可弯曲，其尺寸较小，具有一定的柔软性可贴弧度大的被贴物，但是读写距离较近，识别效果不好。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种超高频抗金属电子标签，提升了电子标签的读写性能，保证了电子标签的读写距离。

本实用新型的另一目的是提供一种超高频抗金属电子标签的生产方法，工艺简单，生产效率高，成本低。

本实用新型所述的超高频抗金属电子标签，包括天线，天线包括天线主体辐射层和天线底层，天线主体辐射层和天线底层之间通过天线微带连接，天线微带上绑定芯片；天线主体辐射层上开设U型槽，天线主体辐射层和天线底层之间夹装介质基板，介质基板位于天线微带一端开设芯片避让孔。

介质基板的相对介电常数<2.8。通过设置一定厚度的低介电常数介质基板，消除了金属物表面与电子标签的天线反射电子波相位差造成的损耗，保证了电子标签的读写距离。

所述的天线主体辐射层两侧开设U型槽。

所述的天线主体辐射层两侧的U型槽交错布置。

所述的天线微带包括设于天线主体辐射层上的第一天线微带，第一天线微带设有第一触点；还包括设于天线底层上的第二天线微带，第二天线微带设有第二触点，第一触点和第二触点绑定芯片。

本实用新型所述的超高频抗金属电子标签的生产方法，包括以下步骤：

(1)蚀刻天线：通过化学药剂蚀刻，得天线，天线包括天线主体辐射层和天线底层，天线主体辐射层和天线底层之间通过天线微带连接，天线主体辐射层两侧开设U型槽；

(2)芯片绑定：在芯片绑定设备上，采用导电胶绑定芯片到天线微带上，得电子标签干inlay产品；

(3)电子标签干inlay产品涂布不干胶或复合不干胶后，经过模切排废，得带胶的电子标签湿inlay产品；

(4)介质基板：介质基板一端开设芯片避让孔；

(5)带胶的电子标签湿inlay产品的芯片对准介质基板的芯片避让孔，并以芯片为对称中心，对折天线的天线辐射主体层和天线底层，将天线辐射主体层和天线底层分别张贴到介质基板的两个面上，得超高频抗金属电子标签。

可以通过如下方法调节所述的超高频抗金属电子标签的中心频率，以便更好地匹配芯片的电性能。一是调整天线整体的长度和宽度；二是调整U型槽的长度和宽度，三是调整介质基板的厚度。上述三种调节方法可以选择任一种方法，或者任意两种及以上的组合。

根据微带天线的辐射原理，一个微带贴片天线的结构由辐射体、介质层和接地面组成。与天线性能相关的参数包括辐射体的长度L、辐射体的宽度W、介质的相对介电常数εr、损耗正切、介质层的长度和宽度。在给定上述参数的情况下，矩形微带天线的工作频率和辐射体的长度L、辐射体的宽度W相关。

公式中：

L为辐射体的长度、W为辐射体的宽度、c为电磁波传输速度、f_{0<\/sub>为电磁波频率、ε_{γ<\/sub>为介质介电常数、ΔL为辐射缝隙尺寸。}}

根据上述理论依据和计算公式，对于不同的应用条件，可以通过调整各种参数和变量，让标签的电性能达到所希望的数值和目标。

本实用新型所述的超高频抗金属电子标签，天线主体辐射层即为辐射体，介质基板即为介质层，天线底层即为接地面。

所述的天线的材质为铝箔层通过胶粘剂层复合PET膜层。

所述的介质基板材质为聚丙烯PP。

所述的天线主体辐射层两侧的U型槽交错布置。

与现有技术相比，本实用新型所述的超高频抗金属电子标签的有益效果是：

1、本实用新型通过天线微带连接天线辐射主体层和天线底层，有效降低了电子标签阻抗实部，减少了能量在电子标签上的损耗，提升了电子标签的读写性能；

2、通过设置一定厚度的低介电常数介质基板，消除了金属物表面与电子标签的天线反射电子波相位差造成的损耗，保证了电子标签的读写距离；

3、天线底层与金属表面靠近或接触后，借助金属表面对电磁波的反射，提高电磁波的反射效率，对天线有增益效应。

与现有技术相比，本实用新型所述的超高频抗金属电子标签的生产方法有益效果是：

本实用新型工艺简单，生产效率高，成本低。

附图说明

图1是本实用新型的一实施例的结构示意图，

图2是本实用新型实施例1中天线结构示意图，

图3是图2中A处芯片绑定局部放大图，

图4是天线材质结构示意图，

图5是介质基板结构示意图，

图6是本实用新型的一实施例的张贴示意图。

图7是本实用新型实施例1在聚丙烯板上读取距离测试图，

图8是本实用新型实施例1在不锈钢板上读取距离测试图，

图9是本实用新型实施例2中天线结构示意图，

图10是本实用新型实施例2在聚丙烯板上读取距离测试图，

图11是本实用新型实施例2在不锈钢板上读取距离测试图，

图12是微带天线工作原理结构示意图，

图13是现有技术中RFID电子标签应用于金属表面时电子标签性能下降原理图。

图中：1、天线 2、介质基板 3、芯片 4、金属物品表面 5、超高频抗金属电子标签6、金属表面 7、RFID电子标签 8、RFID读写器 9、RFID读写器发射的入射波 10、RFID电子标签的天线反射波 11、金属表面反射波 12、辐射体 13、辐射缝隙 14、介质层 15、接地面；

1.1、天线主体辐射层 1.2、天线底层 1.3、U型槽 1.4、第一天线微带 1.5、第二触点 1.6、第二天线微带 1.7、第一触点 1.8、铝箔层 1.9、胶粘剂层 1.10、PET膜；

2.1、芯片避让孔。

图12中，L表示辐射体长度，W表示辐射体宽度，⊿L表示辐射缝隙。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案作进一步清楚、完整地描述：

实施例1

本实用新型所述的超高频抗金属电子标签的生产方法，包括以下步骤：

(1)蚀刻天线：如图4所示，采用厚度30微米的PET膜层，胶粘剂层采用铝塑复合胶水，采用厚度10微米的铝箔层1.8，铝箔层通过胶粘剂层1.9复合PET膜层1.10，经过熟化后做成天线蚀刻材料；通过化学药剂蚀刻，得如图2所示的天线1，天线1包括天线主体辐射层1.1和天线底层1.2，天线主体辐射层1.1和天线底层1.2之间通过天线微带连接，天线主体辐射层1.1两侧开设U型槽1.3；所述的天线主体辐射层1.1两侧的U型槽1.3交错布置。

(2)芯片绑定：在芯片绑定设备上，采用导电胶绑定芯片到天线微带上，得电子标签干inlay产品；

(3)电子标签干inlay产品涂布不干胶或复合不干胶后，经过模切排废，得带胶的电子标签湿inlay产品；

(4)介质基板：如图5所示，选用5毫米厚的聚丙烯PP作为介质基板材质，介质基板2一端开设芯片避让孔2.1；聚丙烯PP有很好的电性能，包括高介电强度，低介电常数和低损耗因子。其中电力应用一般选择均聚物。

(5)如图1所示，带胶的电子标签湿inlay产品的芯片3对准介质基板2的芯片避让孔2.1，并以芯片3为对称中心，对折天线1的天线辐射主体层1.1和天线底层1.2，将天线辐射主体层1.1和天线底层1.2分别张贴到介质基板2的两个面上，得超高频抗金属电子标签5。

可以通过如下方法调节所述的超高频抗金属电子标签的中心频率，以便更好地匹配芯片的电性能。一是调整天线整体的长度和宽度；二是调整U型槽的长度和宽度；三是调整介质基板的厚度。上述三种调节方法可以选择任一种方法，或者任意两种及以上的组合。

如图12所示，根据微带天线的辐射原理，一个微带贴片天线的结构由辐射体12、介质层13和接地面14组成。接地面14用于直接接触物品表面。与天线性能相关的参数包括辐射体的长度L、辐射体的宽度W、介质的相对介电常数εr、损耗正切、介质层的长度和宽度。在给定上述参数的情况下，矩形微带天线的工作频率和辐射体的长度L、辐射体的宽度W相关。

公式中：

L为辐射体的长度、W为辐射体的宽度、c为电磁波传输速度、f_{0<\/sub>为电磁波频率、ε_{γ<\/sub>为介质介电常数、ΔL为辐射缝隙尺寸。}}

根据上述理论依据和计算公式，对于不同的应用条件，可以通过调整各种参数和变量，让标签的电性能达到所希望的数值和目标。

本实用新型所述的超高频抗金属电子标签，天线主体辐射层即为辐射体，介质基板即为介质层，天线底层即为接地面。如图1-图6所示，本实用新型所述的超高频抗金属电子标签，包括天线，天线包括天线主体辐射层和天线底层，天线主体辐射层和天线底层之间通过天线微带连接，天线微带上绑定芯片；天线主体辐射层上开设U型槽，天线主体辐射层和天线底层之间夹装介质基板，介质基板位于天线微带一端开设芯片避让孔。所述的天线主体辐射层两侧开设U型槽。所述的天线主体辐射层两侧的U型槽交错布置。所述的天线微带包括设于天线主体辐射层上的第一天线微带1.4，第一天线微带1.4设有第一触点1.7；还包括设于天线底层1.5上的第二天线微带1.6，第二天线微带1.6设有第二触点1.5，第一触点1.7和第二触点1.5绑定芯片3。超高频抗金属电子标签在张贴使用时，要求天线底层1.2靠近金属物品表面4，天线辐射主体层1.1朝外进行固定使用。超高频抗金属电子标签也可以张贴在非金属物品表面使用。

如图7所示，UHF抗金属电子标签在非金属物品表面上时，经过聚星RFID综合测试仪测试，在符合国家标准的频率范围，920-925MHz，前向读取距离分别为：10.22米、11.08米、11.77米,平均11.02米。中心频率920-925MHz。

如图8所示，UHF抗金属电子标签在不锈钢板表面上时，经过聚星RFID综合测试仪测试，在符合国家标准的频率范围，920-925MHz，读取距离分别为：18.25米、19.92米、19.92米,平均19.36米。中心频率925-930MHz。

3个样品就是按照天线设计做成完全一致的3个电子标签，在聚星测试仪器上进行相同条件下的测试，测试结果反映在图纸的曲线形状上，可以对比标签性能的一致性和稳定性。

实施例2

本实用新型所述的超高频抗金属电子标签的生产方法，包括以下步骤：

(1)蚀刻天线：如图4所示，采用厚度30微米的PET膜层，胶粘剂层采用铝塑复合胶水，采用厚度10微米的铝箔层，铝箔层通过胶粘剂层复合PET膜层，经过熟化后做成天线蚀刻材料；通过化学药剂蚀刻，得如图9所示的天线，天线包括天线主体辐射层和天线底层，天线主体辐射层和天线底层之间通过天线微带连接，天线主体辐射层两侧开设U型槽；所述的天线主体辐射层两侧的U型槽交错布置。

(2)芯片绑定：在芯片绑定设备上，采用导电胶绑定芯片到天线微带上，得电子标签干inlay产品；

(3)电子标签干inlay产品涂布不干胶或复合不干胶后，经过模切排废，得带胶的电子标签湿inlay产品；

(4)介质基板：如图5所示，选用4毫米厚的聚丙烯PP作为介质基板材质，介质基板一端开设芯片避让孔；聚丙烯PP有很好的电性能，包括高介电强度，低介电常数和低损耗因子。其中电力应用一般选择均聚物。

(5)如图1所示，带胶的电子标签湿inlay产品的芯片对准介质基板的芯片避让孔，并以芯片为对称中心，对折天线的天线辐射主体层和天线底层，将天线辐射主体层和天线底层分别张贴到介质基板的两个面上，得超高频抗金属电子标签5。

如图1、图3-图6和图9所示，本实用新型所述的超高频抗金属电子标签，包括天线，天线包括天线主体辐射层和天线底层，天线主体辐射层和天线底层之间通过天线微带连接，天线微带上绑定芯片；天线主体辐射层上开设U型槽，天线主体辐射层和天线底层之间夹装介质基板，介质基板位于天线微带一端开设芯片避让孔。所述的天线主体辐射层两侧开设U型槽。所述的天线主体辐射层两侧的U型槽交错布置。所述的天线微带包括设于天线主体辐射层上的第一天线微带，第一天线微带设有第一触点；还包括设于天线底层上的第二天线微带，第二天线微带设有第二触点，第一触点和第二触点绑定芯片。超高频抗金属电子标签在张贴使用时，要求天线底层靠近金属物品表面，天线辐射主体层朝外进行固定使用。

如图10所示，UHF抗金属电子标签在非金属物品表面上时，经过聚星RFID综合测试仪测试，在符合国家标准的频率范围，920-925MHz，读取距离分别为：9.23米、11.25米、11.54米，平均10.67米。中心频率925-930MHz。

如图11所示，UHF抗金属电子标签在不锈钢板表面上时，经过聚星RFID综合测试仪测试，在符合国家标准的频率范围，920-925MHz，读取距离分别为16.72米、19.01米、18.88米，平均18.02米。中心频率930-935MHz。

本实用新型中对结构的方向以及相对位置关系的描述，如前后左右上下的描述，不构成对本实用新型的限制，仅为描述方便。

设计图

超高频抗金属电子标签论文和设计

超高频抗金属电子标签论文和设计-巩坤

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢