專(zhuān)利名稱(chēng)：基于折合振子的rfid超薄抗金屬電子標(biāo)簽的制作方法
基于折合振子的RF ID超薄抗金屬電子標(biāo)簽技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無(wú)線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可貼附于金屬表面的超薄抗金屬電子標(biāo)簽。
背景技術(shù)：
射頻識(shí)別即RFID (Radio Frequency IDentif ication)技術(shù)，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。RFID射頻識(shí)別技術(shù)在物流管理、防偽、生產(chǎn)自動(dòng)化和智能交通中都有重要的應(yīng)用。
一套完整的RFID系統(tǒng)，一般是由閱讀器(Reader)與電子標(biāo)簽(TAG)也就是所謂的應(yīng)答器(Transponder)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部份所組成，其工作原理是閱讀器發(fā)射一特定頻率的無(wú)線電波能量給應(yīng)答器，用以驅(qū)動(dòng)應(yīng)答器將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)閱讀器便依序接收解讀數(shù)據(jù)，送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。
在RFID系統(tǒng)中，一般的電子標(biāo)簽在靠近金屬表面時(shí)無(wú)法工作，其主要原因是金屬邊界條件使得閱讀器的詢問(wèn)信號(hào)的反射波與入射波相位相反，疊加后相互抵消，電磁波信號(hào)極大衰減，加之靠近金屬時(shí)，電子標(biāo)簽天線的輻射電阻隨著靠近金屬面間距的減小會(huì)急劇減小，而損耗電阻基本不變，輻射效率和阻抗匹配因數(shù)也隨之急劇減小，從而導(dǎo)致電子標(biāo)簽在距離金屬表面接近Imm時(shí)天線增益非常低。多種原因?qū)е陆饘俦砻娴碾娮訕?biāo)簽難以獲得足夠的能量激活芯片。
目前業(yè)界在解決抗金屬電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)常采用三種方法
I.增加電子標(biāo)簽距離金屬面高度。電子標(biāo)簽在距離金屬表面大于O. 05個(gè)工作波長(zhǎng)(大約15_)才能恢復(fù)自由空間特性，此方法必然增大電子標(biāo)簽體積。
2.使用吸波材料。吸波材料價(jià)格昂貴，大大增加了電子標(biāo)簽的制作成本，且只能抑制金屬反射對(duì)電磁波信號(hào)的衰減，解決不了金屬對(duì)電子標(biāo)簽阻抗的影響，且很難做到O. 5mm 以下。
3.采用特殊的電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。目前業(yè)界多采用微帶或PIFA結(jié)構(gòu)，輻射體通過(guò)金屬通孔或者短路墻與金屬薄層連接，此類(lèi)電子標(biāo)簽的制作往往依賴于陶瓷、FR4或聚四氟乙烯材料，如中國(guó)專(zhuān)利ZL200820005922. I，采用微帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基板為FR4，其尺寸為 64mm*32mm*3mm,工藝復(fù)雜,成本高,且這種結(jié)構(gòu)的電子標(biāo)簽不能彎折，在金屬包裝物品的環(huán)境中難以應(yīng)用。
現(xiàn)代的物流業(yè)中，金屬物品隨處可見(jiàn)，但是現(xiàn)有的電子標(biāo)簽并不能有效的解決其成本過(guò)高、在金屬環(huán)境靈敏度不夠的難題，需要提供一種既廉價(jià)又可以解決金屬敏感性問(wèn)題的電子標(biāo)簽。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于折合振子的RFID超薄抗金屬電子標(biāo)簽,使其在不利用上述三種方法的情況下，有效解決現(xiàn)有技術(shù)中的抗金屬電子標(biāo)簽成本太高、尺寸太厚、不能彎折、在金屬表面靈敏度不高的技術(shù)難題。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種基于折合振子的RFID超薄抗金屬電子標(biāo)簽，其特性是，所述電子標(biāo)簽包括 輻射體、印刷基材及超高頻RFID芯片，其特性在于，所述輻射體上設(shè)有細(xì)振子臂、粗振子臂和饋電環(huán)路縫隙，所述細(xì)振子臂中間設(shè)置有一缺口，所述超高頻RFID芯片位于所述細(xì)振子臂缺口處。
進(jìn)一步地，所述饋電環(huán)路縫隙為一個(gè)或者兩個(gè)。
進(jìn)一步地，所述饋電環(huán)路的縫隙形狀為矩形、橢圓形或者梯形，所述饋電環(huán)路縫隙平行于細(xì)振子臂方向的縫隙長(zhǎng)度大于垂直于細(xì)振子臂方向的縫隙長(zhǎng)度。
進(jìn)一步地，所述電子標(biāo)簽還包括一層金屬薄層，且所述輻射體不與所述金屬薄層連接。
進(jìn)一步地，所述電子標(biāo)簽的整體厚度在Imm以下。
進(jìn)一步地，所述電子標(biāo)簽的輻射體從天線結(jié)構(gòu)來(lái)看為折合振子或者多折合振子或者折合振子多折合振子的變形結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步地，所述粗振子臂的寬度大于10_，所述輻射體金屬面積占整個(gè)輻射體邊界所圍成面積的三分之二以上。
進(jìn)一步地，所述電子標(biāo)簽的剖面物理結(jié)構(gòu)從上而下依次為印刷基材，輻射體，第一膠層，超薄絕緣介質(zhì)，金屬薄層，第二膠層，或者為印刷基材，輻射體，第一膠層，超薄絕緣介質(zhì)，第二膠層。
進(jìn)一步地，所述印刷基材為聚乙烯薄膜(PE)、聚丙烯薄膜(PP)、聚苯乙烯薄膜 (PS)、聚酯薄膜(PET)、聚氯乙烯薄膜(PVC)、易碎紙、或者紙張。
進(jìn)一步地，所述超薄絕緣介質(zhì)為聚乙烯薄膜(PE)、聚丙烯薄膜(PP)、聚苯乙烯薄膜(PS)、聚酯薄膜(PET)、聚氯乙烯薄膜(PVC)、FR4、聚四氟乙烯、陶瓷、易碎紙或者紙張。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用簡(jiǎn)單的印刷方式即可實(shí)現(xiàn)的平面折合結(jié)構(gòu)，制作方便，不存在生產(chǎn)工藝上的技術(shù)難題，電子標(biāo)簽的厚度最薄可達(dá)O. 3mm以下，是目前業(yè)界采用非吸波材料制作的最薄且最廉價(jià)的抗金屬電子標(biāo)簽，其印刷基材為軟性絕緣材料，有很高的柔韌性，可以直接貼在金屬管、含有金屬的包裝袋和對(duì)厚度有嚴(yán)格要求的金屬環(huán)境中，有效解決一般抗金屬電子標(biāo)簽工藝復(fù)雜、價(jià)格高、難以大規(guī)模應(yīng)用的難題。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例I中電子標(biāo)簽的平面結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例1、2、3中電子標(biāo)簽的剖面結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中電子標(biāo)簽的平面結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明實(shí)施例3中電子標(biāo)簽的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
主要部件標(biāo)識(shí)
I、超高頻RF ID芯片，2、輻射體，21、細(xì)振子臂，2 2、粗振子臂，2 3、饋電環(huán)路縫隙， 231、第二饋電環(huán)路縫隙，24、頻率微調(diào)縫隙，3、印刷基材，4、第一膠層，5、超薄絕緣介質(zhì)，6、 金屬薄層，7、第二膠層，8、金屬物品。
具體實(shí)施方式
為了更清楚的說(shuō)明本發(fā)明專(zhuān)利的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施案例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡(jiǎn)單介紹，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，并不限制發(fā)明本身，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些圖獲得其他的附圖。
實(shí)施例I :
圖I圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于折合振子的超薄平面抗金屬電子標(biāo)簽， 其中，圖I是本發(fā)明實(shí)施例I中電子標(biāo)簽的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例I中電子標(biāo)簽的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I和圖2所示，該超薄抗金屬電子標(biāo)簽包括超高頻RFID芯片I和輻射體2，輻射體2包含饋電環(huán)路縫隙23，超高頻RFID芯片I在饋電環(huán)路縫隙23 — 邊的細(xì)振子臂21上，細(xì)振子臂21中間有一缺口，用于放置超高頻RFID芯片I，細(xì)振子臂21 與超高頻RFID芯片I電性或容性連接，饋電環(huán)路縫隙23可以是矩形、橢圓形、梯形或其變形結(jié)構(gòu)，且饋電環(huán)路縫隙23平行于細(xì)振子臂21方向的縫隙長(zhǎng)度大于垂直于細(xì)振子臂21方向的縫隙長(zhǎng)度。輻射體2印刷在印刷基材3上，印刷基材3可以是聚乙烯薄膜(PE)、聚丙烯薄膜(PP)、聚苯乙烯薄膜(PS)、聚酯薄膜(PET)、聚氯乙烯薄膜(PVC)、易碎紙、紙張等絕緣材料。輻射體2下方附第一膠層4，第一膠層4采用不導(dǎo)電的絕緣膠，第一膠層4和超薄絕緣介質(zhì)5黏合,超薄絕緣介質(zhì)5厚度在1_以下，超薄絕緣介質(zhì)5材質(zhì)可以是聚乙烯薄膜 (PE)、聚丙烯薄膜(PP)、聚苯乙烯薄膜(PS)、聚酯薄膜(PET)、聚氯乙烯薄膜(PVC)、FR4、聚四氟乙烯、陶瓷、易碎紙、紙張等絕緣材料。在本發(fā)明中，為了防止金屬物品8的不確定性對(duì)電子標(biāo)簽的影響，在超薄絕緣介質(zhì)5下方設(shè)置金屬薄層6，該金屬薄層6的設(shè)置能夠使金屬物品8對(duì)標(biāo)簽的影響降到最小。金屬薄層6底下涂有第二膠層7，制作完成后標(biāo)簽的整體厚度在Imm以下。電子標(biāo)簽通過(guò)第二膠層7直接貼在金屬物品8上。需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明電子標(biāo)簽的其他變形結(jié)構(gòu)中，電子標(biāo)簽也可以不設(shè)置該金屬薄層6，這里所說(shuō)的其他變形結(jié)構(gòu)可以為但不限于本發(fā)明中所列舉的實(shí)施例中的電子標(biāo)簽結(jié)構(gòu)。在不設(shè)置金屬薄層6 時(shí)，電子標(biāo)簽仍然可以在金屬物品8表面良好的工作，同時(shí)簡(jiǎn)化標(biāo)簽制作工藝，降低生產(chǎn)成本。
如圖I所示，電子標(biāo)簽的輻射體2有較大的面積，包括細(xì)振子臂21和粗振子臂22， 其超高頻RFID芯片I所連接的細(xì)振子臂21寬度較細(xì)，粗振子臂22寬度大于IOmm(從饋電環(huán)路縫隙23最靠近粗振子臂22的一邊到粗振子臂22最外圍邊界的距離記為粗振子臂 22的寬度)，通過(guò)增大粗振子臂22的寬度，可以屏蔽輻射體2下方的金屬薄層6的影響，同時(shí)提高電子標(biāo)簽天線的接收面積，有效接收面積是衡量一個(gè)天線接收電磁波能力的重要指標(biāo)，有效接收面積越大，則截獲電磁波的能力越強(qiáng)。由于輻射體2金屬面積較大，且距離金屬薄層6低于Imm,垂直于電子標(biāo)簽表面的入射電磁波在福射體2和金屬薄層6之間形成福射陰影區(qū)，陰影區(qū)內(nèi)電磁波場(chǎng)約等于零，近似可以看成輻射體2和金屬薄層6之間放置一層與輻射體2形狀完全相同的吸波材料，當(dāng)輻射體2的金屬面積超過(guò)輻射體2邊界所圍成面積的三分之二時(shí)，可以屏蔽金屬薄層6的超過(guò)一半的反射電磁波。使得電子標(biāo)簽在金屬表面不至于因?yàn)殡姶挪ǖ姆瓷涠鵁o(wú)法工作。
無(wú)源超高頻RFID芯片I的阻抗呈容性，例如Impinj_Monza4芯片阻抗為10. 2-jl42Q,電子標(biāo)簽天線需要一定的實(shí)部電阻和較強(qiáng)的感性電抗與其匹配，而一般半波對(duì)稱(chēng)偶極子在靠近金屬時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)平行電容板，會(huì)引入一個(gè)很大的電容量，輻射體2與金屬薄層6間距越小引入的電容量越大，天線的容性就增加的越大，同時(shí)電子標(biāo)簽在距離金屬薄層6越近時(shí)輻射電阻越趨近與零，導(dǎo)致反射系數(shù)阻抗完全失配，超p= Zl + ZO I,高頻RFID芯片接收不到能量，天線與芯片匹配失諧。
本發(fā)明中輻射體2在饋電位置有一饋電環(huán)路縫隙23，此縫隙在本發(fā)明中必不可少，它是電子標(biāo)簽天線構(gòu)成折合振子，多折合振子，以及折合振子多折合振子變形結(jié)構(gòu)的必要條件，此饋電環(huán)路縫隙23在結(jié)構(gòu)上直接由細(xì)振子臂21和粗振子臂22圍成。細(xì)振子臂21 直接與超高頻RFID芯片I相連，因此其與超高頻RFID芯片I的阻抗匹配也最為直接，減小細(xì)振子臂21的寬度，可以增大輻射電阻和感性電抗。同時(shí)，半波折合振子的阻抗大約是半波對(duì)稱(chēng)偶極子的四倍，對(duì)于三導(dǎo)線的半波折合振子其輻射阻抗約為9X73 = 657歐姆，對(duì)于 N根振子臂的半波折合振子，如果其所有振子臂上的電流相等，則總的輻射阻抗約為70N2歐姆，所以半波折合振子比普通半波對(duì)稱(chēng)偶極子在靠近金屬時(shí)能夠獲得更高的輻射阻抗和輻射效率。
此實(shí)施例的電子標(biāo)簽尺寸為75mm*28mm*0. 4mm,該厚度是業(yè)界利用非吸波材料制作的最薄的抗金屬電子標(biāo)簽，配合9db的發(fā)射天線可以讀取3米以上。超薄的厚度使其很好的與金屬物品共形，不影響金屬物品的外觀?？菇饘匐娮訕?biāo)簽昂貴的價(jià)格一直是制約RFID 行業(yè)發(fā)展的主要因素，本發(fā)明的抗金屬電子標(biāo)簽采用印刷方式制作，極大降低生產(chǎn)成本，將有力的推動(dòng)RFID行業(yè)印刷形式的電子標(biāo)簽在金屬環(huán)境的應(yīng)用。
實(shí)施例2
請(qǐng)參見(jiàn)圖3，圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中電子標(biāo)簽的平面結(jié)構(gòu)示意圖；該實(shí)施例中的電子標(biāo)簽結(jié)構(gòu)與圖1所示的實(shí)施例I中的電子標(biāo)簽相比，其大體結(jié)構(gòu)相似，實(shí)施例2中的剖面結(jié)構(gòu)示意圖和實(shí)施例I中的圖2完全相同，所不同的是圖3在輻射體2上增加了頻率微調(diào)縫隙24，改變頻率微調(diào)縫隙24的大小，可以起到調(diào)節(jié)頻率的作用，但是其不是決定標(biāo)簽性能的主要因素。
實(shí)施例3
請(qǐng)參見(jiàn)圖4，圖4是本發(fā)明實(shí)施例3中的電子標(biāo)簽的平面結(jié)構(gòu)示意圖。該實(shí)施例中的電子標(biāo)簽結(jié)構(gòu)與圖3所示的實(shí)施例2中的電子標(biāo)簽相比，輻射體2增加了第二饋電環(huán)路縫隙231，通過(guò)改變第二饋電環(huán)路縫隙231的大小，可以使電子標(biāo)簽在兩種頻率范圍內(nèi)工作，達(dá)到拓展電子標(biāo)簽帶寬的目的。實(shí)施例3中的剖面結(jié)構(gòu)示意圖和如圖2所示的實(shí)施例 I和實(shí)施例2中的剖面結(jié)構(gòu)示意圖完全相同。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于折合振子的RFID超薄抗金屬電子標(biāo)簽，其包括輻射體、印刷基材及超高頻RFID芯片，其特性在于，所述輻射體上設(shè)有細(xì)振子臂、粗振子臂和饋電環(huán)路縫隙，所述細(xì)振子臂中間設(shè)置有一缺口，所述超高頻RFID芯片位于所述細(xì)振子臂缺口處。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于折合振子的RFID超薄抗金屬電子標(biāo)簽，其特性在于，所述饋電環(huán)路縫隙為一個(gè)或者兩個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種基于折合振子的RFID超薄抗金屬電子標(biāo)簽，其特征在于，所述饋電環(huán)路縫隙的形狀為矩形、橢圓形或者梯形，所述饋電環(huán)路縫隙平行于細(xì)振子臂方向的縫隙長(zhǎng)度大于垂直于細(xì)振子臂方向的縫隙長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于折合振子的RFID超薄抗金屬電子標(biāo)簽，其特性在于，所述電子標(biāo)簽還包括一層金屬薄層，且所述輻射體不與所述金屬薄層連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于折合振子的RFID超薄抗金屬電子標(biāo)簽，其特性在于，所述電子標(biāo)簽的整體厚度為Imm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于折合振子的RFID超薄抗金屬電子標(biāo)簽，其特性在于，電子標(biāo)簽的輻射體從天線結(jié)構(gòu)上來(lái)看，為折合振子或者多折合振子或者折合振子多折合振子的變形結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于折合振子的RFID超薄抗金屬電子標(biāo)簽，其特性在于，所述粗振子臂的寬度大于10mm，所述輻射體金屬面積占整個(gè)輻射體邊界所圍成面積的三分之二以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于折合振子的RFID超薄抗金屬電子標(biāo)簽，其特性在于，所述電子標(biāo)簽的剖面結(jié)構(gòu)從上而下依次為印刷基材，輻射體，第一膠層，超薄絕緣介質(zhì)，金屬薄層，第二膠層，或者為印刷基材，輻射體，第一膠層，超薄絕緣介質(zhì)，第二膠層。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或8所述的一種基于折合振子的RFID超薄抗金屬電子標(biāo)簽，其特性在于，所述印刷基材為聚乙烯薄膜(PE)、聚丙烯薄膜(PP)、聚苯乙烯薄膜(PS)、聚酯薄膜(PET)、聚氯乙烯薄膜(PVC)、易碎紙或者紙張。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或8所述的一種基于折合振子的RFID超薄抗金屬電子標(biāo)簽，其特性在于，所述超薄絕緣介質(zhì)材料為聚乙烯薄膜(PE)、聚丙烯薄膜(PP)、聚苯乙烯薄膜(PS)、聚酯薄膜(PET)、聚氯乙烯薄膜(PVC)、FR4、聚四氟乙烯、陶瓷、易碎紙或者紙張。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于折合振子的RFID超薄抗金屬電子標(biāo)簽，在自由空間和金屬表面均能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離讀取，包括超高頻RFID芯片、輻射體、超薄絕緣介質(zhì)和金屬薄層。輻射體為折合振子、多折合振子或其變形結(jié)構(gòu)，且輻射面具有較大的金屬面積，可以提高電子標(biāo)簽的接收能力，并屏蔽來(lái)自金屬反射的電磁波的影響。輻射體不與金屬薄層連接，采用無(wú)通孔和短路結(jié)構(gòu)的單層印刷天線，同時(shí)不存在EBG那樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的電子標(biāo)簽整體厚度達(dá)到0.5mm以下，具有超高的柔韌度，可以直接貼在金屬管、含有金屬薄層的包裝袋和對(duì)厚度與彎曲程度有嚴(yán)格要求的金屬物品上，制作工藝簡(jiǎn)單，極大降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)G06K19/077GK102982368SQ20121045095
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者王學(xué)祥 申請(qǐng)人:王學(xué)祥