一种用于稳定H型槽RFID标签性能的电磁带隙结构的制作方法

一种用于稳定h型槽rfid标签性能的电磁带隙结构
技术领域
1.本发明属于电子器件领域，涉及一种用于稳定h型槽rfid标签性能的电磁带隙结构。


背景技术：

2.h型槽天线是rfid(radio frequency identification/rfid)标签天线中最常用的一种形式，由于其阻抗调整方便、性能优良并且有足够的共面地的空间可以用来放置电池及其他电路，所以常被应用于有源或者半有源rfid标签产品中。rfid技术发展至今，面临的一个重要问题就是rfid标签的性能不稳定，会随着安装平台材质的变化性能急剧波导，导致标签的安装条件和使用环境严重受限。同一标签产品难以适用于多种材料环境，因此在每个应用场景都需要针对性地进行标签设计，对标签提出了极高的专业定制需求，从而导致rfid的应用难以量化和标准化。
3.电磁带隙(electromagnetic band gap/ebg)结构作为一种新型人工电磁材料，可以提供良好的带隙特性。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的不足，提出了一种用于稳定h型槽rfid标签性能的电磁带隙结构。
5.一种用于稳定h型槽rfid标签性能的电磁带隙结构，通过周期性加载单元结构实现；每个单元包括多个拼图型贴片、基底和金属地板；所述的每个拼图型贴片四边均为由凹凸半圆构成的波浪形，所述的每个贴片单元的边长为单个半圆直径的n倍，n为正整数；相邻贴片单元之间通过凹凸半圆结构互相嵌合，同时相邻贴片单元之间保持着固定宽度的间隙；所述的金属通孔位于每片贴片单元中心，导通拼图型贴片与金属地板；所述的金属地板覆盖基底下表面；
6.作为优选，所述的每个贴片单元的边长为半圆直径的4倍。
7.作为优选，所述的相邻贴片单元之间的固定宽度的间隙通常在工作频率波长的百分之一以内。
8.本发明具有的有益效果是：本发明提出了用于稳定h型槽rfid标签性能的ebg结构，通过在h型槽rfid标签下加载该ebg结构作为衬底，可以有效抑制安装平台材质的变化引发的表面波传播，将h型槽rfid标签在各种平台上的性能变化稳定在可控范围内，从而大幅度提高h型槽rfid标签在不同环境下的性能稳定性，进而有效提升h型槽rfid标签的普遍适用性，扩展h型槽rfid标签的应用范围。
9.最大程度稳定h型槽rfid标签，提高h型槽rfid标签的多平台环境适应性：与单独的h型槽rfid标签相比，加载有该ebg结构的h型槽rfid标签安装在不同材质(空气、塑料、石板、陶瓷、水、金属等)表面时其性能表现出高度一致性，不受环境因素的影响，可以广泛应用于各种环境中；结构简单，为单层结构，加工方便、成本较低，易于集成到各种系统中或与
其他电路模块相结合，适合大规模生产；扩展性强，通过等比缩放尺寸即可改变ebg带隙频段，适用于工作在任意rfid频段的h型槽rfid标签；可以直接放置在h型槽rfid标签底部，无需增加任何支撑结构，安装简单，方便使用。
附图说明
10.图1为ebg结构的单元结构俯视图。
11.图2为ebg结构4
×
4阵列的结构俯视图。
12.图3为典型h型槽rfid标签的结构俯视图。
13.图4为ebg结构的反射相位图。
14.图5为加载4
×
4ebg阵列的h型槽rfid标签天线的功率反射系数图。
15.图6为加载4
×
4ebg阵列的h型槽rfid标签天线的辐射方向图。
16.图7为加载了4
×
4ebg阵列的h型槽rfid标签安装在不同材质平台表面的工作频率。
17.图8为加载了4
×
4ebg阵列的h型槽rfid标签安装在不同材质平台表面的辐射方向图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明做进一步详述：
19.如图1所示，本发明中所提出的ebg结构的单元结构由拼图型金属贴片1
‑
1、基底和金属通孔1
‑
2构成。其中金属贴片位于基底顶面，贴片的四边是波浪形边，由若干个凹凸半圆构成的。金属通孔1
‑
2位于贴片1
‑
1中央，连通贴片1
‑
1和基底底面的金属地。
20.ebg结构功能通过周期性加载单元结构实现，图2所示为图1中的ebg单元的4
×
4阵列。可以看出，该周期结构类似拼图结构：相邻贴片单元2
‑
1之间通过单元边缘的凹凸半圆结构互相嵌合，但同时相邻贴片单元2
‑
1之间保持着固定宽度的间隙2
‑
2。每个单元2
‑
1中心加载有连通基底底面的金属地的金属通孔2
‑
3，4
×
4阵列中共有16个金属通孔。该ebg结构中，贴片2
‑
1提供了等效电阻，而间隙2
‑
2提供了等效电容，由此该ebg结构可以生成等效rc谐振，从而抑制特定频率的表面波在该结构上的传播。
21.如图3所示，一个典型的h型槽rfid标签通常由基底、金属结构和rfid芯片构成。其中的金属结构位于基底顶面，由在方形金属层3
‑
1中对称位置开两个相同尺寸的方形槽3
‑
2构成，rfid芯片3
‑
3加载在两个方形槽之间的金属连接线上。基底底面无金属结构。由于h型槽rfid标签有着很大的共面金属地，便于将电源或者其他电路模块放置在共面金属地上。
22.图4所示为单独的h型槽rfid标签安装在空气中和在金属表面的工作频率。可以看出，该h型槽rfid标签在空气中可以正常工作在900mhz附近，但是在金属表面频率发生严重偏移，无法在900mhz附近甚至是在600
‑
1200mhz频段内工作。
23.图5所示为单独的h型槽rfid标签安装在空气中和在金属表面的辐射方向图。可以看出，该h型槽rfid标签安装在空气中时在与标签垂直的平面上基本上是全向辐射，但是安装在金属表面时其辐射变成单向，并且与全向辐射的增益差值高达5db以上。从图4和图5可以看出，h型槽rfid标签通常有较宽的工作频率和较高的辐射增益，但是对周围环境较为敏感，安装在不同材质的平台上会造成严重的频率偏移和增益下降。
24.图6为本发明中的所提出的ebg结构的相位反射结果图。如图4所示，不管放置在何种材料表面，该ebg结构的相位0点始终保持在920mhz左右，相位的
‑
90度到 90度频率区间始终保持在910
‑
930mhz频段内。该结果表明910
‑
930mhz频段内的表面波在该ebg结构上得到有效抑制，因此可以保证h型槽rfid标签在该频段内的性能稳定性。
25.图7所示为加载了4
×
4ebg阵列的h型槽rfid标签安装在不同材质平台表面的工作频率。结果表明，不管安装在何种材质的平台表面，从相对介电常数为1的空气到相对介电常数为80的水甚至是金属等，该h型槽rfid标签的工作频率始终保持在910
‑
913mhz范围内，表现出了高度的频率稳定性。
26.图8中为加载了4
×
4ebg阵列的h型槽rfid标签安装在不同材质平台表面的辐射方向图。结果表明，不管安装在何种材质的平台表面，该h型槽rfid标签的辐射增益始终保持在4
‑
5dbi范围内，表现出了高度的辐射稳定性。
27.本发明的电磁带隙结构的优点包括：
28.(1)结构简单。为单层结构，加工方便、成本较低，易于集成到各种系统中或与其他电路模块相结合，适合大规模生产。
29.(2)小型化。单元结构尺寸仅40mm
×
40mm
×
1.5mm，约0.12λ
×
0.12λ
×
0.0045λ，4
×
4单元尺寸也仅为0.48λ
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0.48λ
×
0.0045λ，便于系统的小型化。
30.(3)便于使用。可以直接放置在h型槽rfid标签底部，无需增加任何支撑结构，安装简单，方便使用。
31.(4)稳定性高。最大程度稳定h型槽rfid标签，提高h型槽rfid标签的多平台环境适应性。与单独的h型槽rfid标签相比，加载有该ebg结构的h型槽rfid标签安装在不同材质(空气、塑料、石板、陶瓷、水、金属等)表面时其性能表现出高度一致性，不受环境因素的影响，可以广泛应用于各种环境中。
32.本发明陈述了一种用于稳定h型槽rfid标签性能的电磁带隙结构。该电磁带隙结构为低剖面单层结构，加工方便且成本低廉；尺寸小重量轻，便于与电源或者其他电路模块进行集成化设计；使用方便，可以直接放置在h型槽rfid标签下方，无需任何支撑结构，便于安装；最重要的是，与单独的h型槽rfid标签相比，加载有该ebg结构的h型槽rfid标签安装在不同材质(空气、塑料、石板、陶瓷、水、金属等)表面时其频率、辐射性能均表现出高度一致性，不受环境因素的影响，可以广泛应用于各种环境中。综上所述，设计出的电磁带隙结构不仅可以实现最大程度提升h型槽rfid标签性能的环境稳定性，并且有着结构简单、低成本、小尺寸、易集成等优点，因此有着广阔的发展前景和巨大的市场潜力。