易于阻抗匹配的远阅读距离RFID标签天线

摘要

本发明公开了一种易于阻抗匹配的RFID标签天线，包括FR4基底、铜贴片和标签芯片；所述FR4基底为矩形，其上部打印有铜贴片；在铜贴片的中轴线的两侧对称开有左半圆槽和右半圆槽；左半圆槽和右半圆槽之间由一细槽连通，该细槽将左半圆槽和右半圆槽之间的金属带均分为等长的上金属带和下金属带；上金属带和下金属带通过标签芯片连通；在左半圆槽和右半圆槽的下方开有一C型槽，所述C型槽中间细两边宽；本发明天线具有较宽的阻抗带宽，6dB回波损耗可以完全覆盖美国频带；天线具有双向辐射方向图以及很低的交叉极化；阅读距离远，计算的最大阅读距离可以达到14.5m以上，而且在整个美国频带内，最大阅读距离也都在12m以上。

说明书

技术领域

本发明属于天线技术与无线通信领域，涉及一种易于阻抗匹配的远阅读距离RFID标签天线。

背景技术 

射频识别即RFID（Radio Frequency Identification）技术，是一种可通过无线通信识别特定目标并读写数据的非接触式通信技术。世界上采用广泛的的超高频RFID频段标准包括中国标准（840-844.5MHz和920.5-924.5MHz）、美国标准（902-928MHz）及欧洲标准（866-869MHz）。

RFID标签天线是RFID系统的重要组成部分，它的性能会直接影响整个RFID系统的效率与质量。影响RFID标签天线的主要因素包括天线的尺寸、工作频段、阻抗匹配、增益及其应用环境。

由于无源标签天线所用的芯片阻抗大多表现出低电阻高电抗，这样的高Q阻抗值使得天线和芯片的匹配变得比较困难。现有的标签天线主要通过T-match，电感耦合环或nested-slot等技术进行匹配，不过T-match和电感耦合环多用于线型天线，而nested-slot虽适用于平面型dipole或贴片天线，阻抗调节的过程却较为困难。

发明内容 

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种易于阻抗匹配的RFID标签天线。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：一种易于阻抗匹配的RFID标签天线，包括FR4基底、铜贴片和标签芯片；其中，所述FR4基底为矩形，其上部打印有铜贴片；在铜贴片的中轴线的两侧对称开有左半圆槽和右半圆槽；所述左半圆槽和右半圆槽之间由一细槽连通，该细槽将左半圆槽和右半圆槽之间的金属带均分为等长的上金属带和下金属带；所述上金属带和下金属带通过标签芯片连通；在铜贴片所开的左半圆槽和右半圆槽的下方开有一C型槽，所述C型槽中间细两边宽；RFID标签天线的输入阻抗的虚部主要通过上金属带和下金属带的长度来调节，输入阻抗的实部主要通过C型槽离左半圆槽和右半圆槽的距离来调节。

进一步地，所述 FR4基底的尺寸为90mm×60mm×0.8mm，标签芯片的型号为Impinj Monza4，左半圆槽和右半圆槽的半径均为13mm，上金属带和下金属带具有相同的长度12.5mm和宽度3mm，C型槽的内弧半径为33mm，外弧半径为38mm，且内弧和外弧两者圆心的距离为4mm。

本发明的有益效果是：本发明的RFID天线尺寸为90mm×60mm×0.8mm,可以安装在纸箱等物体上。天线具有较宽的阻抗带宽，6dB回波损耗可以完全覆盖美国频带。天线具有双向辐射方向图以及很低的交叉极化。阅读距离远，计算的最大阅读距离可以达到14.5m以上，而且在整个美国频带内，最大阅读距离也都在12m以上。

附图说明 

图1为天线的整体结构俯视图；

图2为天线的整体结构正视图；

图3为天线的输入阻抗与芯片阻抗图；

图4为天线的阻抗带宽测试图；

图5为天线E面和H面的辐射方向图；

图6为天线在整个频带上的最大阅读距离图；

图中，铜贴片1、左半圆槽2、右半圆槽3、细槽4、标签芯片5、上金属带6、下金属带7、C型槽8、FR4基底9。

具体实施方式 

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1、2所示，本发明一种易于阻抗匹配的RFID标签天线，包括FR4基底9、铜贴片1和标签芯片（microchip）5；其中，所述FR4基底9为矩形，其上部打印有铜贴片1；在铜贴片1的中轴线的两侧对称开有左半圆槽2和右半圆槽3；所述左半圆槽2和右半圆槽3之间由一细槽4连通，该细槽4将左半圆槽2和右半圆槽3之间的金属带均分为等长的上金属带6和下金属带7；所述上金属带6和下金属带7通过标签芯片5连通；在铜贴片1所开的左半圆槽2和右半圆槽3的下方开有一C型槽8，所述C型槽8中间细两边宽。

其中，所述FR4基底9的尺寸为90mm×60mm×0.8mm，标签芯片5的型号为Impinj Monza4，左半圆槽2和右半圆槽3的半径均为13mm，上金属带6和下金属带7具有相同的长度12.5mm和宽度3mm，C型槽8的内弧半径为33mm，外弧半径为38mm，且内弧和外弧两者圆心的距离为4mm。

RFID标签天线的输入阻抗的虚部主要通过金属带的长度来调节；由于增加C型槽8，在原本谐振模式的基础上，在工作频率附近又激发起一个新的谐振模式，通过调节C型槽8离左半圆槽2和右半圆槽3的距离控制该谐振模式的强度，以达到天线输入阻抗实部的匹配。

该天线的仿真输入阻抗如图3所示，可以看到天线输入阻抗在美国频带902-928MHz内与芯片阻抗匹配良好。

该天线的功率反射系数结果如图4所示，-6dB带宽覆盖整个美国RFID频带。

该天线在中心频率915MHz处的E面和H面辐射方向图如图5所示，表现为双方向性，半功率波束宽度可达82°。

该天线在整个频带内的最大阅读距离如图6所示，在整个频带内的阅读距离都在12m以上，最大可以达到14.5m以上。

本发明的工作原理如下：标签芯片5为天线结构的馈源，由于开了两个半圆形槽，天线本征模式可以看成是折叠的偶极子，不过其谐振频率比所需的工作频带高得多，而且较难于标签芯片5实现阻抗匹配。通过加载C型槽8，在工作频率915MHz附近激励起一个新的谐振模式，从而可以方便地实现阻抗匹配，芯片可以接收到更大的功率，使标签天线可以正常工作。

本发明的RFID标签天线的优点包括：

（1）成本低且尺寸相对较小。天线只采用FR4、铜两种最常用的材料，且完全是平面结构，无过孔。整个天线尺寸为90mm×60mm×0.8mm，可以被大多数应用场合接受。

（2）阻抗匹配的实现方法简单，易于和不同的芯片阻抗进行匹配。

（3）天线工作性能良好，6dB回波损耗带宽可以完全覆盖美国频带902-928MHz，且最大阅读距离可以到达14.5m。

（4）方向图的主瓣宽度宽，在中心频率915MHz处，3dB功率波束宽度可达82°，对方便阅读器的读取很有帮助。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。