專利名稱：低溫共燒陶瓷天線及由其構(gòu)成的甚高頻射頻識別標(biāo)簽天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻識別標(biāo)簽天線。特別是涉及一種在保證UHF RFID標(biāo)簽性能的 情況下，能夠大大減小天線面積，提高天線增益，降低損耗，且可通過調(diào)整饋入金屬線 和接地金屬線的尺寸，輕易實現(xiàn)與負(fù)載阻抗相匹配的低溫共燒陶瓷天線及由其構(gòu)成的甚 高頻射頻識別標(biāo)簽天線。
背景技術(shù)：
射頻識別(RFID，即Radio Frequency Identification)技術(shù)是從上世紀(jì)八十年代起走 向成熟的一種自動識別技術(shù)，它通過射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，從而達(dá)到識別并交 換數(shù)據(jù)目的。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展成熟，射頻識別系統(tǒng)，特別是射頻標(biāo)簽的 體積大大減小，因此可應(yīng)用于更加廣闊的領(lǐng)域。
RFID標(biāo)簽天線的性能直接影響到系統(tǒng)的整體性能。通常，為了確保接收和發(fā)射信號 的可靠性，標(biāo)簽天線必須采用全向天線。此外，天線的實現(xiàn)與應(yīng)用還受到成本、面積及 基底材料特性等因素的限制。商品化RFID標(biāo)簽一般采用膠片乃至普通紙張等柔性材料作 為基底，這樣，由于基底材料的介電常數(shù)低、損耗高，使得天線的增益和尺寸等指標(biāo)很 難有所突破?，F(xiàn)有UHF RFID標(biāo)簽天線的增益通常小于1.8，面積約等于IC卡面積 (8.5cmx5cm)，且制作工藝與半導(dǎo)體集成電路工藝互不兼容，無法實現(xiàn)全集成UHF RFID 標(biāo)簽。
在UHF RFID系統(tǒng)中，最常使用的是偶極子天線。它的基本結(jié)構(gòu)由兩段同樣粗細(xì)和等 長的直導(dǎo)線排布成一條直線構(gòu)成。信號從中間的兩個端點饋入，在偶極子的兩臂上產(chǎn)生 一定的電流分布，這種電流分布會在天線周圍空間激發(fā)電磁場。偶極子天線具有優(yōu)良的 輻射性能，但是天線的尺寸較大，不能滿足微型化要求。為了在滿足全向性要求的同時 減小天線尺寸，可將偶極子天線變形為單極子結(jié)構(gòu)，但由于單極子天線縱向尺寸較大， 且阻抗匹配存在一定的難度，所以極少在UHF RFID標(biāo)簽中應(yīng)用?，F(xiàn)有UHF頻段的單極天線多采用倒F結(jié)構(gòu)，它是由L型單極天線演變而來的。L型 單極天線是將單極天線折成L的形狀，其優(yōu)點在于可以減小天線的高度。但其負(fù)載阻抗 較低，匹配存在一定難度。因此，為了增加整體天線的輸入阻抗，在L型單極天線垂直 部分的尾端再加上一個L形，同時將尾端接地，即形成倒F結(jié)構(gòu)。
圖1是印刷倒F天線結(jié)構(gòu)示意圖。目前倒F天線通常印刷在PCB基板上，但若將其 制作在膠片和普通紙張等低介電常數(shù)、高損耗的基底上用于915MHz UHF RFID標(biāo)簽， 則由于其長度約為共振頻率的四分之一波長，面積難以進(jìn)一步減小。
LTCC技術(shù)采用多層基板通過低溫共燒形成高密度三維集成電路，不僅可方便地將
電阻、電容、電感等無源元件埋置在三維結(jié)構(gòu)中，而且具有高頻高Q值特性、可適應(yīng)大 電流及耐高溫應(yīng)用要求等優(yōu)點。與膠片和紙張等材料相比，LTCC基板材料的介電常數(shù) 高，損耗低，溫度穩(wěn)定性好，有利于高性能天線的制備，同時解決了UHF RFID標(biāo)簽天 線性能與面積之間的矛盾，并為實現(xiàn)全集成UHF RFID標(biāo)簽奠定了堅實的基礎(chǔ)，使得RFID 技術(shù)可應(yīng)用于更加廣闊的領(lǐng)域。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種在保證UHF RFID標(biāo)簽性能的情況下，能 夠大大減小天線面積，提高天線增益，降低損耗，且可通過調(diào)整饋入金屬線和接地金屬 線的尺寸，輕易實現(xiàn)與負(fù)載阻抗相匹配的低溫共燒陶瓷天線及由其構(gòu)成的甚高頻射頻識 別標(biāo)簽天線。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種低溫共燒陶瓷天線，包括有低溫共燒陶瓷和金屬 線，所述的低溫共燒陶瓷作為基板，金屬線印刷在低溫共燒陶瓷基板上構(gòu)成所需形狀的 天線。所述的金屬線與構(gòu)成基板的低溫共燒陶瓷共同構(gòu)成L形結(jié)構(gòu)的天線和曲折線形結(jié)構(gòu) 的天線中的一種。所述的金屬線與構(gòu)成基板的低溫共燒陶瓷共同構(gòu)成螺旋線形結(jié)構(gòu)的天線。 一種由低溫共燒陶瓷天線構(gòu)成的甚高頻射頻識別標(biāo)簽天線，包括有:L形接地金屬線； 與L形接地金屬線連接的螺旋形微帶輻射單元；連接在L形接地金屬線與螺旋形微帶輻 射單元的連接點處的曲折線形饋入金屬線，所述的曲折線形饋入金屬線的另一端為饋線 輸入端；所述的L形接地金屬線、螺旋形微帶輻射單元、曲折線形饋入金屬線均印刷在 由低溫共燒陶瓷構(gòu)成的基板上；在L形接地金屬線、螺旋形微帶輻射單元、曲折線形饋 入金屬線的基板下層還設(shè)置有由低溫共燒陶瓷和接地金屬共同構(gòu)成的下層接地金屬板， 其中的低溫共燒陶瓷作為基板，接地金屬印刷在低溫共燒陶瓷基板上；在L形接地金屬 線的另一端通過兩層之間的通孔與下層接地金屬板相連接。所述的下層接地金屬板上印刷的接地金屬覆蓋螺旋形微帶輻射單元以下直至饋線輸 入端的面積。本發(fā)明的低溫共燒陶瓷天線及由其構(gòu)成的甚高頻射頻識別標(biāo)簽天線，采用LTCC技 術(shù)實現(xiàn)了一種改進(jìn)結(jié)構(gòu)的UHF RFID標(biāo)簽天線，在保證UHF I^FID標(biāo)簽性能的情況下， 大大減小了天線面積(比現(xiàn)有PCB印刷倒F天線減小70%)，提高了天線增益(約為3.1 )， 降低了損耗，且可通過調(diào)整饋入金屬線和接地金屬線的尺寸輕易實現(xiàn)與負(fù)載阻抗相匹配。 采用LTCC基天線還可實現(xiàn)RFID標(biāo)簽的全集成化。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的PCB印刷倒F天線結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的甚高頻射頻識別標(biāo)簽天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的低溫共燒陶瓷天線及由其構(gòu)成的甚高頻射頻識別標(biāo)簽天 線做出詳細(xì)說明。本發(fā)明的低溫共燒陶瓷天線，包括有低溫共燒陶瓷和金屬線，所述的低溫共燒陶瓷 構(gòu)成金屬線的基板，金屬線印刷在低溫共燒陶瓷基板上一起共同構(gòu)成所需形狀的天線。所述的金屬線與構(gòu)成基板的低溫共燒陶瓷可以共同構(gòu)成任意所需的形狀。如共同構(gòu) 成L形結(jié)構(gòu)的天線，或曲折線形結(jié)構(gòu)的天線，或螺旋線形結(jié)構(gòu)的天線等。如圖2所示，本發(fā)明的由低溫共燒陶瓷天線構(gòu)成的甚高頻射頻識別標(biāo)簽天線，包括有L形接地金屬線l;與L形接地金屬線1連接的螺旋形微帶輻射單元6;連接在L形接地金屬線1與螺旋形微帶輻射單元6的連接點處的曲折線形饋入金屬線3，所述的曲折 線形饋入金屬線3的另一端為饋線輸入端5;所述的L形接地金屬線1、螺旋形微帶輻射 單元6、曲折線形饋入金屬線3均印刷在甴低溫共燒陶瓷構(gòu)成的基板上；在L形接地金 屬線l、螺旋形微帶輻射單元6、曲折線形饋入金屬線3的基板下層還設(shè)置有由低溫共燒 陶瓷和接地金屬共同構(gòu)成的下層接地金屬板4，其中的低溫共燒陶瓷作為基板，接地金屬 印刷在低溫共燒陶瓷基板上，所述下層接地金屬板4上的接地金屬覆蓋螺旋形微帶輻射 單元6以下直至饋線輸入端5的面積；在L形接地金屬線1的另一端通過兩層之間的通 孔2與下層接地金屬板4相連接。在本發(fā)明的實施例中，是采用LTCC (低溫共燒陶瓷)技術(shù)制作用于915MHz UHF RFID標(biāo)簽的天線，兩層LTCC基板，每層基板的厚度為0.12mm。上層基板印刷的微帶 金屬線線寬均為0.2mm。下層基板印刷接地金屬，金屬要覆蓋輻射單元以下直至饋入端。 在LTCC三維集成電路中，可直接利用隔離天線和其它元件之間的金屬板作為天線的接 地金屬板。因此可在不影響天線性能的情況下，盡量減小金屬板的尺寸。在本發(fā)明的實 施例中用于L形接地金屬線與接地金屬板之間連接的通孔的直徑為0.15mm。本發(fā)明所使用的LTCC材料(FerroA6-M)的介電常數(shù)為5.9±0.3，比柔性襯底的介 電常數(shù)(2 3)大。由于天線長度與介質(zhì)中的波長成正比，所以增大介電常數(shù)可有效地減 小天線面積。為了進(jìn)一步減小天線長度，將天線做成螺旋線結(jié)構(gòu)，饋線變形為曲折線結(jié) 構(gòu)，這種變形雖然會使得天線的頻帶中點發(fā)生偏移，但是通過調(diào)整L形接地金屬線和饋 線的長度可輕易地將頻帶中心調(diào)整到所希望的位置。本發(fā)明的實施例中采用銀作為金屬 導(dǎo)體，使得制作出來的天線具有較高的品質(zhì)因數(shù)。此外，還可進(jìn)一步將RFID標(biāo)簽芯片置 入LTCC基板中，實現(xiàn)全集成UHF RFID標(biāo)簽。其中h L形接地金屬,3:曲折線形饋入金屬線5:饋線輸入端2:兩層之間的通孔4:下層接地金屬板6:螺旋形微帶輻射單元
權(quán)利要求
1.一種低溫共燒陶瓷天線，其特征在于，包括有低溫共燒陶瓷和金屬線，所述的低溫共燒陶瓷作為基板，金屬線印刷在低溫共燒陶瓷基板上構(gòu)成所需形狀的天線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的低溫共燒陶瓷天線，其特征在于，所述的金屬線與構(gòu)成基 板的低溫共燒陶瓷共同構(gòu)成L形結(jié)構(gòu)的天線和曲折線形結(jié)構(gòu)的天線中的一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的低溫共燒陶瓷天線，其特征在于，所述的金屬線與構(gòu)成基 板的低溫共燒陶瓷共同構(gòu)成螺旋線形結(jié)構(gòu)的天線。
4. 一種由低溫共燒陶瓷天線構(gòu)成的甚高頻射頻識別標(biāo)簽天線，其特征在于，包括有L形接地金屬線(1);與L形接地金屬線(1)連接的螺旋形微帶輻射單元(6);連接在L形接地金屬線(1)與螺旋形微帶輻射單元(6)的連接點處的曲折線形饋入金屬線 (3)，所述的曲折線形饋入金屬線(3)的另一端為饋線輸入端(5);所述的L形接地 金屬線(1)、螺旋形微帶輻射單元(6)、曲折線形饋入金屬線(3)均印ij在由低溫共 燒陶瓷構(gòu)成的基板上；在L形接地金屬線(1)、螺旋形微帶輻射單元(6)、曲折線形 饋入金屬線(3)的基板下層還設(shè)置有由低溫共燒陶瓷和接地金屬共同構(gòu)成的下層接地金 屬板(4)，其中的低溫共燒陶瓷作為基板，接地金屬印刷在低溫共燒陶瓷基板上；在L 形接地金屬線(1)的另一端通過兩層之間的通孔(2)與下層接地金屬板(4)相連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的由低溫共燒陶瓷天線構(gòu)成的甚高頻射頻識別標(biāo)簽天線，其 特征在于，所述的下層接地金屬板(4)上印刷的接地金屬覆蓋螺旋形微帶輻射單元(6) 以下直至饋線輸入端(5)的面積。
全文摘要
一種低溫共燒陶瓷天線及由其構(gòu)成的甚高頻射頻識別標(biāo)簽天線。天線是由低溫共燒陶瓷作為基板，金屬線印刷在低溫共燒陶瓷基板上構(gòu)成所需形狀的天線。由低溫共燒陶瓷天線構(gòu)成的甚高頻射頻識別標(biāo)簽天線，有印刷在低溫共燒陶瓷基板上的L形接地金屬線、與L形接地金屬線連接的螺旋形微帶輻射單元和連接在L形接地金屬線與螺旋形微帶輻射單元的連接點處的曲折線形饋入金屬線，所述的曲折線形饋入金屬線的另一端為饋線輸入端；在L形接地金屬線、螺旋形微帶輻射單元、曲折線形饋入金屬線基板的下層還設(shè)置有由低溫共燒陶瓷為基板的下層接地金屬板，在L形接地金屬線的另一端通過兩層之間的通孔與下層接地金屬板相連接。本發(fā)明減小了天線面積，降低了損耗，可實現(xiàn)RFID標(biāo)簽的全集成化。
文檔編號H01Q9/30GK101118985SQ20071005834
公開日2008年2月6日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者為 張, 燕 曾 申請人:天津大學(xué)