[發(fā)明專利]一款應(yīng)用于UHF頻段RFID系統(tǒng)的阻抗可調(diào)標(biāo)簽天線

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310011465.2
• 申請(qǐng)日: 2013-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103022649A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李秀萍;馬雪麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q1/36
• 分類號(hào): H01Q1/36;H01Q5/01;H01Q1/22
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及射頻識(shí)別電子標(biāo)簽領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于UHF頻段、阻抗可調(diào)節(jié)的寬帶標(biāo)簽天線。

背景技術(shù)

射頻識(shí)別(Radio?Frequency?Identification，簡(jiǎn)稱RFID)是一種通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸式的雙向數(shù)據(jù)通信，從而對(duì)目標(biāo)加以識(shí)別的技術(shù)。射頻識(shí)別系統(tǒng)一般由閱讀器(Reader)和電子標(biāo)簽(Tag)組成。電子標(biāo)簽由片上天線和芯片組成，通過(guò)電磁波與閱讀器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，具有智能讀寫和加密通信功能。天線是RFID系統(tǒng)中至關(guān)重要的裝置，RFID系統(tǒng)通過(guò)射頻天線來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)射、接收電磁波，從而實(shí)現(xiàn)閱讀器對(duì)電子標(biāo)簽的識(shí)別。

射頻識(shí)別系統(tǒng)主要工作在低頻、高頻、超高頻和微波頻段。低頻和高頻射頻系統(tǒng)通過(guò)電感耦合的方式完成識(shí)別，讀取距離近。而超高頻和微波射頻系統(tǒng)通過(guò)電磁波傳遞的方式完成識(shí)別，讀取距離較遠(yuǎn)。目前，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)推薦超高頻(Ultra?High?Frequency，簡(jiǎn)稱UHF)頻段RFID設(shè)備的使用頻率是860MHz～960MHz。其中，北美使用的頻段是902MHz～928MHz，歐洲使用的頻段是865MHz～868MHz，而日本使用的頻段是952MHz～954MHz。中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部于2007年4月發(fā)布了UHF頻段RFID系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)定，中國(guó)采用840MHz～845MHz和920MHz～925MHz作為UHF頻段RFID系統(tǒng)使用頻段，無(wú)線發(fā)射設(shè)備的功率規(guī)定為2W?ERP。電子標(biāo)簽分為有源標(biāo)簽和無(wú)源標(biāo)簽，有源標(biāo)簽自身攜帶電池為其與閱讀器通信提供能量，而無(wú)源標(biāo)簽則通過(guò)標(biāo)簽天線接收從閱讀器發(fā)送的電磁波獲得能量激活芯片。本發(fā)明是基于無(wú)源標(biāo)簽的設(shè)計(jì)理論，以下分析本發(fā)明的技術(shù)背景及其必要性：

首先，中國(guó)UHF頻段的范圍為840MHz～845MHz和920MHz～925MHz，中間相差75MHz，這就對(duì)RFID系統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了很大的問(wèn)題。例如，當(dāng)一個(gè)在840MHz～845MHz范圍內(nèi)諧振非常理想的標(biāo)簽天線遇到一個(gè)920MHz～925MHz頻段內(nèi)工作的讀寫器或者920MHz～925MHz范圍的應(yīng)用背景時(shí)，標(biāo)簽的讀取距離會(huì)迅速減小，甚至不能讀取，這是因?yàn)閮烧叩膽?yīng)用頻段沒(méi)有處于同一有效范圍內(nèi)。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的天線是覆蓋840MHz～845MHz和920MHz～925MHz兩個(gè)頻段的，具有很強(qiáng)的頻段適應(yīng)性。

其次，目前現(xiàn)有的天線設(shè)計(jì)技術(shù)，不能兼顧寬帶寬特性和阻抗可調(diào)諧特性，例如有些天線的設(shè)計(jì)方案具有很理想的帶寬性能，但是阻抗可調(diào)諧的范圍非常有限，這就限制了同一結(jié)構(gòu)的標(biāo)簽天線針對(duì)多種不同應(yīng)用環(huán)境中的調(diào)諧價(jià)值。因此，如何解決這一設(shè)計(jì)難題就成為了本發(fā)明的研究重點(diǎn)。

再次，因?yàn)槠矫嫣炀€結(jié)構(gòu)標(biāo)簽制作成本低，更適合大規(guī)模批量生產(chǎn)，所以研究平面結(jié)構(gòu)的雙頻帶標(biāo)簽天線具有很高的實(shí)際商業(yè)價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有天線在兼顧帶寬、增益和阻抗可調(diào)方面的不足，針對(duì)具體實(shí)際應(yīng)用提出一種寬帶寬、高增益的超高頻阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽天線。該阻抗可調(diào)諧天線具有寬帶寬、高增益等特性，平面大小為101.8mm*22.3mm。例如，該天線在匹配NXP超高頻射頻芯片時(shí)，形成的諧振雙頻-10dB帶寬為834MHz～978MHz，在915MHz處的反射系數(shù)為-14dB，增益達(dá)2.55dBi。

本發(fā)明應(yīng)用于UHF頻段RFID系統(tǒng)的阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽天線，包括介質(zhì)板和天線結(jié)構(gòu)。天線結(jié)構(gòu)在介質(zhì)板上表面，饋線加在內(nèi)部偶極子的中間位置，使內(nèi)部偶極子的結(jié)構(gòu)參數(shù)較之于外部偶極子的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)諧振雙頻帶產(chǎn)生更大的影響，便于具體應(yīng)用環(huán)境中的結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)節(jié)。

與現(xiàn)有天線結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

(1)本發(fā)明阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽天線包含兩個(gè)近距離的偶極子和一個(gè)∏型匹配網(wǎng)絡(luò)，以輻射對(duì)稱的方式，使得電流路徑對(duì)稱，性能穩(wěn)定可靠；

(2)本發(fā)明阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽內(nèi)外兩個(gè)偶極子形成兩個(gè)并列的諧振單元，將諧振雙頻調(diào)至中心頻率附近，以擴(kuò)展天線的帶寬，從而使天線呈現(xiàn)出很好的寬帶特性；

(3)本發(fā)明阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽結(jié)構(gòu)中含有可調(diào)節(jié)的開(kāi)放型∏型匹配網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)∏型匹配網(wǎng)絡(luò)的寬度和高度，能夠使天線與阻抗從(5-j50)到(80-j400)變化的芯片達(dá)到共軛匹配；

(4)本發(fā)明阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽連接內(nèi)外兩個(gè)偶極子的匹配網(wǎng)絡(luò)在∏型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)應(yīng)用需求有多種形狀(X型，橢圓形，圓形等)的改進(jìn)。

(5)本發(fā)明阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽的外部偶極子具有可調(diào)諧性，可以根據(jù)不同的應(yīng)用背景彎折成任意形狀，同時(shí)使標(biāo)簽天線的面積具有可調(diào)諧性。