專利名稱：一種電子標(biāo)簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻識(shí)別技術(shù)，特別涉及一種電子標(biāo)簽。
背景技術(shù)：
射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。射頻識(shí)別技術(shù)利用射頻 信號(hào)通過(guò)空間耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的信息傳遞，并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的。具體的， 射頻識(shí)別主要通過(guò)讀卡器(或稱為閱讀器)和附著在被識(shí)別物體上的電子標(biāo)簽(或稱為射 頻識(shí)別卡)之間的相互信息傳遞，由讀卡器讀出電子標(biāo)簽上攜帶的信息。射頻識(shí)別技術(shù)具 有很多突出的優(yōu)點(diǎn)非接觸操作，長(zhǎng)距離識(shí)別(可達(dá)幾厘米至幾十米)，應(yīng)用方便；無(wú)機(jī)械磨 損，壽命長(zhǎng)，可工作于惡劣環(huán)境；RFID無(wú)源標(biāo)簽價(jià)格便宜，利于普及。隨著射頻自動(dòng)識(shí)別技 術(shù)的不斷完善，RFID技術(shù)在物料跟蹤、供應(yīng)鏈管理、交通運(yùn)輸和門禁控制等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛， 市場(chǎng)前景廣闊。一般電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)主要包括基板、天線(通常采用微帶天線)及其連接 的芯片等，目前用于射頻識(shí)別技術(shù)的頻段主要為910MHz、2. 45GHz,5. 8GHz三個(gè)頻率段。上 述頻段具有天線方向性好、反向散射能力強(qiáng)、電磁干擾小等特點(diǎn)，因此在自動(dòng)識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域 得到廣泛的應(yīng)用。工作在5. 8GHz的RFID設(shè)備由于該頻段自身的特點(diǎn)要滿足較遠(yuǎn)識(shí)別距離 的要求，識(shí)別卡是有源的，必須外置電池。目前工作在無(wú)源方式的射頻識(shí)別卡，主要集中在 2. 45GHz,9IOMHz兩個(gè)頻段上。但2. 45GHz的無(wú)源射頻識(shí)別卡正常作用距離僅有!左右，不 能滿足自動(dòng)識(shí)別的要求。而工作在910MHz頻段的無(wú)源識(shí)別卡在標(biāo)準(zhǔn)配置下其識(shí)別距離可 達(dá)數(shù)米以上，因而在自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。無(wú)源識(shí)別卡其基本工作原理是讀卡器 通過(guò)射頻定向天線發(fā)射載波或調(diào)制波，激活電磁波輻射場(chǎng)內(nèi)的電子標(biāo)簽，向電子標(biāo)簽供電 和發(fā)出讀寫(xiě)指令，電子標(biāo)簽收到指令后將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)對(duì)負(fù)載進(jìn)行調(diào)制后反向散射電磁波到 讀卡器，再經(jīng)解調(diào)后得到電子標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)信息。對(duì)于無(wú)源識(shí)別卡，由于受到發(fā)射功率的限制，識(shí)別距離的大小與天線的增益密切 相關(guān)。要提高天線的增益，就要增大天線的有效面積，同時(shí)還需確保工作頻率和阻抗的匹 配。特別是在幾何尺寸較小的無(wú)源射頻識(shí)別卡上，要滿足天線的增益、諧振頻率及阻抗匹配 要求，現(xiàn)有的微帶天線和常規(guī)的設(shè)計(jì)、制作工藝是難于實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)有技術(shù)工作在910MHz頻 段(頻率范圍860 960MHz)的電子標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)的技術(shù)難點(diǎn)主要是1、天線尺寸大該頻 段的工作頻率決定了該頻段電子標(biāo)簽天線電尺寸偏大，如果采用一般的射頻天線設(shè)計(jì)方法 將導(dǎo)致天線尺寸偏大，嚴(yán)重影響其應(yīng)用范圍，所以必須采用縮小天線尺寸的新技術(shù)；2、對(duì)復(fù) 雜背景材料的適應(yīng)性差，該頻段標(biāo)簽天線因電磁反向散射(Backscatter)特點(diǎn)，對(duì)金屬和 液體等環(huán)境比較敏感，導(dǎo)致這種工作頻率的無(wú)源標(biāo)簽天線難以在具有金屬表面的物體或液 體環(huán)境下工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，降低背景材料對(duì)天線的影響，提高電子標(biāo)簽環(huán)境 適應(yīng)能力，在有限的空間實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽性能的提升。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，一種電子標(biāo)簽，包括基板和微帶天 線，所述微帶天線制作在基板上，其特征在于，所述基板包括支撐層、金屬貼片層、介質(zhì)層和 金屬地；所述微帶天線制作在基板正面，所述金屬貼片層和金屬地分別附著在所述介質(zhì)層 的兩面，所述金屬貼片層與支撐層接觸，所述金屬地位于基板背面；所述金屬貼片層由介質(zhì) 層正面相互隔離的金屬片構(gòu)成，所述金屬地由介質(zhì)層背面的金屬板構(gòu)成，每一片金屬片分 別由穿過(guò)介質(zhì)層的導(dǎo)體與金屬板連接。本發(fā)明基板應(yīng)用人工磁導(dǎo)體(Artificial Magnetic Conductor, AMC)地結(jié)構(gòu)(由介質(zhì)層及金屬片和金屬板構(gòu)成)，減弱了不同背景材料，特別是 金屬物體和導(dǎo)電液體等對(duì)天線諧振頻率的影響，有效地增大了復(fù)雜背景材料應(yīng)用時(shí)的讀寫(xiě) 距離。一種具體的支撐層材料為泡沫塑料。泡沫塑料成本低、質(zhì)地柔軟，便于粘貼微帶天 線。既作為微帶天線和芯片的支撐體，也用于天線和AMC地結(jié)構(gòu)之間的隔離。優(yōu)選的介質(zhì)層材料型號(hào)為Rogers R03210。該材料為混合陶瓷材料，具有合適的介 電常數(shù)，厚度適中不易變形，相比其它軟性材料，對(duì)支撐層泡沫塑料具有良好的定型支撐作用。具體的，所述金屬片和金屬板采用涂覆工藝在介質(zhì)層正面和背面生成，所述導(dǎo)體 為穿過(guò)介質(zhì)層的金屬化孔。采用涂覆工藝在介質(zhì)層正面和背面生成金屬膜，介質(zhì)層正面的 金屬膜經(jīng)過(guò)刻蝕加工形成相互隔離的金屬片，構(gòu)成了金屬貼片層；介質(zhì)層背面的金屬膜構(gòu) 成了金屬地。在每一片金屬片上打孔穿過(guò)介質(zhì)層及背面的金屬膜，并對(duì)孔進(jìn)行金屬化處理 形成金屬化孔，將金屬片與金屬地連通。該工藝與印刷電路板制作工藝兼容，工藝成熟，制 作流程簡(jiǎn)單。優(yōu)選的，所述金屬片和金屬板采用的材料為銅。采用金屬銅材料，具有工藝兼容性 好，電性能優(yōu)異的特點(diǎn)。具體的，所述微帶天線工作頻段為910MHz。進(jìn)一步的，所述基板正面面積≤ 50 X 28mm2。進(jìn)一步的，所述微帶天線由對(duì)稱的兩段構(gòu)成，其饋電端為開(kāi)槽微帶，其開(kāi)放端設(shè)置 有微帶環(huán)。具體的，所述微帶環(huán)為矩形環(huán)。更進(jìn)一步的，所述微帶天線饋電端和開(kāi)放端之間的微帶有折彎。本發(fā)明的微帶天線以微帶偶極子天線為原型，通過(guò)微帶曲折、天線開(kāi)放端矩形環(huán) 電容加載、饋電端開(kāi)槽微帶技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)同等技術(shù)指標(biāo)情況下，極大地縮小了天線的物理尺 寸，天線開(kāi)放端采用矩形環(huán)加載結(jié)構(gòu)，通過(guò)其感應(yīng)加載效應(yīng)進(jìn)一步減小天線尺寸，并可以保 持天線的輻射性能。為實(shí)現(xiàn)與RFID芯片良好的阻抗匹配，饋電端采用開(kāi)槽微帶結(jié)構(gòu)，通過(guò) 合理設(shè)計(jì)使開(kāi)槽微帶的諧振頻率落在天線的工作頻段內(nèi)，實(shí)現(xiàn)與RFID芯片良好的阻抗匹 配。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)將AMC地結(jié)構(gòu)應(yīng)用于電子標(biāo)簽并結(jié)合開(kāi)槽微帶結(jié)構(gòu)形 成一個(gè)k變換器，可以實(shí)現(xiàn)在整個(gè)工作頻段內(nèi)與RFID芯片的阻抗匹配，有效地減弱了金屬、 液體等復(fù)雜背景材料對(duì)天線諧振頻率的影響，使得標(biāo)簽天線具有了較強(qiáng)的對(duì)多種復(fù)雜背景 材料的兼容能力，大大擴(kuò)展了電子標(biāo)簽應(yīng)用范圍。本發(fā)明應(yīng)用微帶曲折、終端矩形環(huán)電容 加載等技術(shù)進(jìn)行微帶偶極子天線的小型化，在實(shí)現(xiàn)同等技術(shù)指標(biāo)情況下能夠極大縮小RFID標(biāo)簽天線的尺寸。


圖1是實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1去掉芯片的俯視圖；圖3是圖1去掉支撐層及其以上部分的俯視圖；圖4是圖1的仰視圖；圖5是實(shí)施例的電子標(biāo)簽微帶天線輻射方向圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的電子標(biāo)簽，對(duì)標(biāo)簽中的基板和制作在基板上微帶天線部分進(jìn)行了改進(jìn)和 優(yōu)化?；宀糠值母倪M(jìn)，本發(fā)明采用人工磁導(dǎo)體(AMC)地結(jié)構(gòu)，減弱了不同背景材料，特別 是金屬物體和導(dǎo)電液體等對(duì)天線諧振頻率的影響，有效地增大了復(fù)雜背景材料應(yīng)用時(shí)的讀 寫(xiě)距離。微帶天線部分的改進(jìn)，本發(fā)明的電子標(biāo)簽天線以微帶偶極子天線為原型，采用開(kāi)放 端(或稱為終端)矩形環(huán)電容加載技術(shù)、微帶曲折等技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)同等技術(shù)指標(biāo)情況下，極 大地縮小了天線的物理尺寸。饋電端采用開(kāi)槽微帶結(jié)構(gòu)形成一個(gè)k變換器，在整個(gè)工作頻 段內(nèi)能夠與芯片的阻抗實(shí)現(xiàn)良好的匹配。實(shí)施例本例電子標(biāo)簽，包括基板和微帶天線。參見(jiàn)圖1、圖2、圖3和圖4，本例中基板由 支撐層20、金屬貼片層31、介質(zhì)層30和金屬地32構(gòu)成。這里金屬貼片層31、介質(zhì)層30和 金屬地32構(gòu)成AMC地結(jié)構(gòu)，具體制作工藝是在介質(zhì)層正面和背面生成金屬膜，本例采用的 金屬膜材料為銅。介質(zhì)層30正面的金屬膜經(jīng)過(guò)刻蝕加工形成相互隔離的金屬片，構(gòu)成了金 屬貼片層31 ；介質(zhì)層背面的一張整體的金屬膜構(gòu)成了金屬地32。金屬貼片層也可以采用在 介質(zhì)層30正面粘貼矩形金屬薄片構(gòu)成。AMC地結(jié)構(gòu)中，介質(zhì)層30正面的每一片金屬片都 通過(guò)導(dǎo)體穿過(guò)介質(zhì)層30與金屬地32連通，具體工藝可以采用印刷電路板工藝中的金屬化 孔的工藝，即在每一片金屬片上打孔穿過(guò)介質(zhì)層30及背面的金屬膜，并對(duì)孔進(jìn)行金屬化處 理形成金屬化孔33，將介質(zhì)層正面的金屬片與背面的金屬地32電連通。裝配的時(shí)候，將金 屬貼片層貼在支撐層背面與支撐層接觸，這樣金屬地32就位于基板背面了。本例微帶天線 11制作在基板正面，具體制作工藝是先將微帶天線制作在很薄的柔軟介質(zhì)薄膜上，然后將 介質(zhì)薄膜貼在泡沫塑料材料支撐層20上，泡沫塑料支撐層20厚度約2mm。其質(zhì)地柔軟，便 于粘貼微帶天線11，既作為微帶天線11和芯片10的支撐體，也用于微帶天線11和AMC地 結(jié)構(gòu)之間的隔離。本例介質(zhì)層30材料型號(hào)為Rogers R03210，其介電常數(shù)ε,為10. 2，介 質(zhì)損耗角正切tan為0. 003,厚度為0. 64mm。本例微帶天線可工作于902 928MHz頻率范 圍，正好處于910MHz的UHF(超高頻)頻段。本例整個(gè)電子標(biāo)簽的正面面積(即基板正面 面積aXb)為50X^mm2。本例芯片10采用Philips公司的UCODE EPC Gen2。由圖2可見(jiàn)，本例微帶天線由對(duì)稱的兩段構(gòu)成，其饋電端110為開(kāi)槽微帶結(jié)構(gòu)，即 天線與芯片連接處的微帶進(jìn)行了鏤空處理，通過(guò)合理設(shè)計(jì)使開(kāi)槽微帶的諧振頻率落在天線 的工作頻段內(nèi)，形成一個(gè)k變換器，可以實(shí)現(xiàn)在整個(gè)工作頻段內(nèi)與芯片的阻抗匹配。圖2中天線的開(kāi)放端111設(shè)置有矩形微帶環(huán)。通過(guò)其感應(yīng)加載效應(yīng)進(jìn)一步減小天線尺寸，并可以 保持天線的輻射性能。本例微帶天線饋電端和開(kāi)放端之間的微帶有4個(gè)折彎。通過(guò)對(duì)微帶 進(jìn)行多次彎折，克服了偶極子天線尺寸過(guò)窄過(guò)長(zhǎng)不便于應(yīng)用的缺點(diǎn)，在維持其電長(zhǎng)度不變 的前提下使其基本具有了合適的長(zhǎng)度、寬度尺寸。圖3示出了金屬貼片層的結(jié)構(gòu)，圖中可以看出，金屬貼片層由周期性分布的金屬 片構(gòu)成，每一金屬片通過(guò)金屬化孔33與介質(zhì)層30背面的金屬地32電連通。從圖4可以看 出金屬化孔與金屬地32的連接情況。本例標(biāo)簽天線的輻射方向圖如圖5所示，圖中示出了 910MHz頻率時(shí)，天線的輻射 情況。該天線后向輻射很低、前向輻射均勻，由于電子標(biāo)簽使用時(shí)，其背面(金屬地)朝向 背景材料，從而使其受背景材料影響較少，讀寫(xiě)距離和讀寫(xiě)角度達(dá)到很好的平衡。
權(quán)利要求
1.一種電子標(biāo)簽，包括基板和微帶天線，所述微帶天線制作在基板上，其特征在于，所 述基板包括支撐層、金屬貼片層、介質(zhì)層和金屬地；所述微帶天線制作在基板正面，所述金 屬貼片層和金屬地分別附著在所述介質(zhì)層的兩面，所述金屬貼片層與支撐層接觸，所述金 屬地位于基板背面；所述金屬貼片層由介質(zhì)層正面相互隔離的金屬片構(gòu)成，所述金屬地由 介質(zhì)層背面的金屬板構(gòu)成，每一片金屬片分別由穿過(guò)介質(zhì)層的導(dǎo)體與金屬板連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子標(biāo)簽，其特征在于，所述支撐層材料為泡沫塑料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電子標(biāo)簽，其特征在于，所述介質(zhì)層材料型號(hào)為 RogersR03210。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種電子標(biāo)簽，其特征在于，所述金屬片和金屬板采用 涂覆工藝在介質(zhì)層正面和背面生成，所述導(dǎo)體為穿過(guò)介質(zhì)層的金屬化孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電子標(biāo)簽，其特征在于，所述金屬片和金屬板采用的材 料為銅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任意一項(xiàng)所述的一種電子標(biāo)簽，其特征在于，所述微帶天線工作 頻段為910MHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電子標(biāo)簽，其特征在于，所述基板正面面積 彡 50X28mm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電子標(biāo)簽，其特征在于，所述微帶天線由對(duì)稱的兩段構(gòu) 成，其饋電端為開(kāi)槽微帶，其開(kāi)放端設(shè)置有微帶環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種電子標(biāo)簽，其特征在于，所述微帶環(huán)為矩形環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電子標(biāo)簽，其特征在于，所述微帶天線饋電端和開(kāi)放端 之間的微帶有折彎。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子標(biāo)簽。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，降低背景材料對(duì)天線的影響，提高電子標(biāo)簽環(huán)境適應(yīng)能力。本發(fā)明公開(kāi)了一種電子標(biāo)簽，其結(jié)構(gòu)包括基板和微帶天線，所述微帶天線制作在基板上，其特征在于，所述基板包括支撐層、金屬貼片層、介質(zhì)層和金屬地；所述微帶天線制作在基板正面，所述金屬貼片層和金屬地分別附著在所述介質(zhì)層的兩面，所述金屬貼片層與支撐層接觸，所述金屬地位于基板背面；所述金屬貼片層由介質(zhì)層正面相互隔離的金屬片構(gòu)成，所述金屬地由介質(zhì)層背面的金屬板構(gòu)成，每一片金屬片分別由穿過(guò)介質(zhì)層的導(dǎo)體與金屬板連接。本發(fā)明有效地減弱了金屬、液體等復(fù)雜背景材料對(duì)天線諧振頻率的影響可用于UHF頻段的無(wú)源電子標(biāo)簽。
文檔編號(hào)G06K19/077GK102147877SQ201110076228
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者王建, 鄧建華 申請(qǐng)人:成都鼎格科技有限公司