| 权利要求 1、 一种嵌入式抗金属射频识别标签， 其特征在于， 其包括第一基体、 第一导体 层、 第二基体、 第二导体层、 第三导体层、 标签芯片和第四导体层； 所述第一基体 位于所述第二基体的上方， 所述第一导体层附着在所述第一基体的上表面， 所述第 二导体层和所述第三导体层在同一个平面上， 所述第一导体层与第二导体层和第三 导体层组成的面通过第一基体隔开， 第四导体层与第二导体层和第三导体层组成的 面之间由第二基体隔开， 所述标签芯片的两端分别串接于所述第二导体层和所述第 三导体层的一个端口， 所述第二导体层、 所述第三导体层的另一端口通过一接口分 别和所述第四导体层电连接， 所述第四导体层附着在所述第二基体的下表面。 2、 如权利要求 1所述的嵌入式抗金属射频识别标签， 其特征在于， 所述第二导 体层和所述第三导体层附着在所述第二基体的上表面并位于所述第一基体的下方。 3、 如权利要求 1或 2所述的嵌入式抗金属射频识别标签， 其特征在于， 所述第 二基体为一长方体； 所述接口包括第一通孔单元和第二通孔单元， 并分别设置于所 述第二基体的两端； 所述第一通孔单元包括至少一个第一连接通孔和位于所述第一 连接通孔中的第一导线， 所述第一导线将所述第四导体层和所述第二导体层电连接； 所述第二通孔单元包括至少一个第二连接通孔和位于所述第二连接通孔中的第二导 线， 所述第二导线将所述第四导体层和所述第三导体层电连接。 4、 如权利要求 3所述的嵌入式抗金属射频识别标签， 其特征在于， 所述第一连 接通孔和所述第二连接通孔的数量分别大于等于 3。 5、 如权利要求 3所述的嵌入式抗金属射频识别标签， 其特征在于， 所述第一导 体层、 第二导体层、 第三导体层和第四导体层的形状为圆形、 椭圆形、 多边形和不 规则图形中的任意一种。 , 6、 如权利要求 3所述的嵌入式抗金属射频识别标签， 其特征在于， 所述第二基 体的厚度大于所述第一基体的厚度； 其中， 所述第一基体的厚度为 0.3mm〜0.4mm之 间的值； 所述第二基体的厚度小于 3mm。 7、 如权利要求 3所述的嵌入式抗金属射频识别标签， 其特征在于， 所述第一导 体层的表面积小于所述第一基体的表面积， 且位于所述第一基体的中心区域。 8、 如权利要求 7所述的嵌入式抗金属射频识别标签， 其特征在于， 所述标签芯 片位于所述第二基体中心区域的上方， 所述标签还包括一个穿过所述第一导体层和 所述第一基体的通孔， 所述通孔位于所述标签芯片的上方。 9、 如权利要求 3所述的嵌入式抗金属射频识别标签， 其特征在于， 所述第一导 体层、 第二导体层、 第三导体层和第四导体层的材料为银、 铜、 铝中的任意一种。 10、如权利要求 3所述的嵌入式抗金属射频识别标签，其特征在于，所述第一基体和 第二基体采用介电常数在 1~150之间的 PCB板材或陶瓷。 |
本发明涉及一种射频识别 （Radio Frequency Identification, RFID) 标签， 特别是涉及 一种嵌入式抗金属射频识别标签。 背景技术
众所周知，制约射频识别技术应用的因素之一 是无法读取金属或液态物体上的射 频识别标签。 普通电子识别标签在粘贴到金属物体时， 其读写距离会大幅降低， 甚 至不可读取。这是因为在读取标签时， 射频识别系统产生的磁通量会在金属表面感应 涡流， 而涡流对阅读器的场起反作用 （楞次定律决定） ， 致使金属表面上的磁场衰减 较大， 导致阅读器与标签之间通信障碍。 另外， 金属会引起额外的寄生电容 （即由金 属引起的电磁摩擦造成的能源损耗） ， 造成读写器和标签天线的失谐， 破坏射频识别 系统的性能，最终在某些频段， 被金属反射回来的能量就会在标签和读写器之 间形成 干扰。
目前， 一种抗金属射频识别标签的通常解决方法为使 用某种隔离板来分离标签与金 属。 众所周知， 在线圈和金属表面之间插入高导磁率的隔离材 料， 能够在相当大的程度上 避免涡流的出现， 隔离材料一般采用吸波材料， 且所制成的隔离板一般较厚， 在实际使用 当中容易脱落。 另外， 由于吸波材料本身的特性， 标签天线的辐射效率会下降， 同等距离 下不能获得同样的标签在普通物体表面上所达 到的稳定读取性能。
另一种抗金属射频识别标签的解决方法是将由 高介电常数介质材料制成的标签粘贴 到金属表面， 此时， 金属表面成为了标签天线的一部分（部分接地 面） 。 但此种方法 Q值 较髙， 带宽比较窄， 读写距离对频率变化比较敏感。 并且， 从总体来说， 在金属物体较多 的环境下读取标签， 会使得实际的读写率、 读写距离和可靠性大大降低， 远低于在实验环 '境卜得出的结果。 发明内容
本发明所要解决的技术问题为提供一种嵌入式 抗金属射频识别标签，在不需要额 外增加吸波材料的情况下， 即不增加抗金属射频识别标签的体积的情况下 ， 粘贴在金 属物体表面上的标签就可以达到与粘贴在非金 属物体表面上标签相同的读写性能。 本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问 题的- 一种嵌入式抗金属射频识别标签， 其包括第一基体、 第一导体层、 第二基体、 第 二导体层、第三导体层、 标签芯片和第四导体层； 所述第一基体位于所述第二基体的 上方， 所述第一导体层附着在所述第一基体的上表面 ， 所述第二导体层和所述第三导 体层在同一个平面上，所述第一导体层与第二 导体层和第三导体层组成的面通过第一 基体隔开，第四导体层与第二导体层和第三导 体层组成的面之间由第二基体隔开，所 述标签芯片的两端分别串接于所述第二导体层 和所述第三导体层的一个端口上，所述 第二导体层和所述第三导体层的另一端口通过 一接口分别和所述第四导体层电连接， 所述第四导体层附着在所述第二基体的下表面 。
优选地，所述第二导体层和所述第三导体层附 着在所述第二基体的上表面并位于 所述第一基体的下方。
优选地，所述第二基体为一长方体；所述接口 包括第一通孔单元和第二通孔单元， 并分别设置于所述第二基体的两端；所述第一 通孔单元包括至少一个第一连接通孔和 位于所述第一连接通孔中的第一导线，所述第 一导线将所述第四导体层和所述第二导 体层电连接；所述第二通孔单元包括至少一个 第二连接通孔和位于所述第二连接通孔 中的第二导线， 所述第二导线将所述第四导体层和所述第三导 体层电连接。
优选地， 所述第一连接通孔和所述第二连接通孔的数量 分别大于等于 3。
优选地，所述第一导体层、第二导体层、第三 导体层和第四导体层的形状为圆形、 椭圆形、 多边形和不规则图形中的任意一种。
优选地， 所述第二基体的厚度大于所述第一基体的厚度 ； 所述第一基体的厚度为
0.3mm~0.4mm之间的值； 所述第二基体的厚度小于 3mm。
优选地， 所述第一导体层的表面积小于所述第一基体的 表面积， 且位于所述第一 基体的中心区域。
' ^ 地， 所述标签芯片位于所述第二基体中心区域的上 方； 所述标签还包括一个 穿过所述第一导体层和所述第二基体的通孔， 所述通孔位于所述标签芯片的上方。
优选地， 所述第一导体层、 第二导体层、 第三导体层和第四导体层的材料为银、 铜和铝中的任意一种。
优选地， 所述第一基体和第二基体采用介电常数在 1〜150之间的 PCB ( Printed Circuit Board, 印刷电路板） 板材或陶瓷。
本发明的积极进步效果在于：与一般的采用偶 极子贴片天线或者折合偶极子天线 设计的 UHF ( Ultra High Frequency, 超高频）射频识别标签相比， 本发明的尺寸大幅 减小， 从而可以放置到狭小的空间中。
本发明采取改变第一通孔和第二通孔位置以及 增加第一通孔和第二通孔的数量 方法来改变标签天线的电感分量， 从而实现标签天线与标签电子芯片的阻抗共轭 匹 5 配。另外， 与一般的抗金属标签不同，本发明采用了两个 基体（第一基体和第二基体) 的分离结构， 即通过改变部分标签天线结构对标签天线的性 能进行调整， 使标签天线 中不需要调整的部分保持原状。
本发明可以作为一般的 UHF射频识别标签粘贴到普通物体 （例如纸张、 木材、 塑料器服等） 表面使用， 也可以粘贴到金属物体 （例如铝板、 扳手、 集装箱外壳等） 10 表面使用。 在上述两种情况下， 标签的最大读取距离基本不变。 更重要的是， 本发明 还可以嵌入到金属表层使用， 仍然可以获得良好的最大读取距离。采用这种 安装方式 后， 标签与被嵌入物体良好的融为一体， 与一般突出的安装方法相比， 本发明的标签 不易脱落， 从而提高了射频识别标签对使用环境的适应性 。
另外， 采用本发明结构的射频识别标签， 在需要有对读写距离的苛刻要求时基体可以
15 采用陶瓷， 一般应用选取成本较低的 PCB (Printed Circuit Board, 印刷电路板） 板材来制 作， 在大批量生产时可以显著节省设计和材料成本 ， 有效实现资产管理与标识。 附图说明
图 1为本发明嵌入式抗金属射频识别标签较佳实 例中的立体结构示意图； 20 图 2为本发明嵌入式抗金属射频识别标签较佳实 例中的侧面结构示意图；
图 3为本发明嵌入式抗金属射频识别标签第二导 层和第三导体层的结构示意图； 图 4为本发明嵌入式抗金属射频识别标签的等效 路图；
图 5为本发明嵌入式抗金属射频识别标签在不同 式时的读取距离的示意图。
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以下结合附图， 对本发明的优选实施例予以进一步地详尽阐述 。
一般来说， 嵌入式抗金属的标签必须具备有三大基本条件 ： 第一， 粘贴在金属表 面可以正常识别； 第二， 嵌入到金属表面以下仍然能够读取； 第三， 具有防水和抗震 防碰撞能力， 即对复杂环境有良好的适应性。
30 如图 1至图 3所示， 本发明嵌入式抗金属射频识别标签包括第一基 体 1、 第一导 体层 2、 第二基体 3、 第二导体层 4、 第三导体层 5、 标签芯片 6、 接口 7以及第四导 第一基体 1位于第二基体 3的上方， 第一导体层 2附着在第一基体 1的上表面， 第二导体层 4和第三导体层 5在同一个平面上。第二导体层 4和第三导体层 5可以附 着在第二基体 3的上表面并位于第一基体 1的下方，也可以附着在第一基体 1的下表 面并位于第二基体 3的上方， 标签芯片 6串接于第二导体层 4和第三导体层 5之间， 第二导体层 4和第三导体层 5通过接口 7和第四导体层 8连接，第四导体层 8附着在 第二基体 3的下表面。
接口 7可以位于第二导体层 4的一端或第三导体层 5的一端。接口 7的位置经试 验得知靠近第二基体 3的两端时效果理想。
在本实施例中， 第二基体 3为一长方体； 接口 7位于第二基体 3的内部， 接口 7 包括分别设置于所述第二基体 3两端的第一通孔单元和第二通孔单元；第一 孔单元 可以包括至少一个第一连接通孔和位于第一连 接通孔中的第一导线，第一导线将第四 导体层 8和第二导体层 4电连接；第二通孔单元可以包括至少一个第 连接通孔和位 于第二连接通孔中的第二导线， 第二导线将所述第四导体层 8 和所述第三导体层 5 电连接。接口 7的第一导线和第二导线也可以为涂覆在第一 孔和第一通孔内壁的导 电金属层。
较佳地， 第一连接通孔和第二连接通孔的数量可以分别 大于等于 3。 如图 1中为 3个， 图 2中为 4个。
第一基体 1和第二基体 3可以采用介电常数在 1〜150之间的 PCB板材， 第一基 体 1和第二基体 3的材料也可以是玻璃纤维环氧树脂或陶瓷等 第一基体 1上的第一 导体层 2由一层薄的良导体 （如银、 铜、 铝等） 制成。 第一导体层 2的尺寸和形状并 不是固定的， 可以根据标签的谐振频率需要调整第一导体层 2的长宽。 通常情况下， 第一基体 1只有上表面覆有第一导体层 2， 第一基体 1的下表面采用胶粘剂与第二导 体层 4和第三导体层 5粘接。
• ^一导体层 2、 第二导体层 4、 第三导体层 5和第四导体层 8的形状都可以是圆 形、 椭圆形、 多边形和不规则图形中的任意一种。 第一导体层 2、 第二导体层 4、 第 三导体层 5和第四导体层 8的材质都可以是银、 铜、 铝等良导体中的任意一种。
第一基体 1和第二基体 3的厚度是不同，第一基体 1 W厚度小于第二基体 3的厚 度， 二者的厚度也可视具体的使用情况调节。 较佳地， 第一基体 1 的厚度为
0.3mn！〜 0.4mm之间的值； 第二基体 3的厚度小于 3mm。
通常情况下， 第一导体层 2的表面积尺寸要略小于第二导体层 4和第三导体层 5 组成面的表面积尺寸。在本实施例中， 第一导体层 2可以位于第一基体 1上表面的中 心区域； 标签芯片 6可以位于第二基体 3中心区域的上方。在标签芯片 6的上方还可 以设置一个便于安装标签芯片 6的通孔， 通孔穿过第一导体层 2和第一基体 1。
如图 3所示,第二导体层 4和第三导体层 5组成的面位于第二基体 3的上表面上。 第二导体层 4和第三导体层 5并不是直接相连的，第二导体层 4和第三导体层 5当中 预留有连接标签芯片 6的空间，标签芯片 6的两端分别串接于第二导体层 4和第三导 体层 5的一端。
实际的应用中， 在第二导体层 4和第三导体层 5上的串接标签芯片 6端， 有一小 段凸部。可用银线、铜线或者铝等良导体中的 一种将标签芯片 6的两端绑定到第二导 体层 4和第三导体层 5凸部上。
从上述结构可知，第一导体层 2与第二导体层 4和第三导体层 5组成的面通过第 一基体 1隔开，第四导体层 8与第二导体层 4和第三导体层 5组成的面之间由第二基 体 3隔开， 这四个导体层和两个基体之间形成具有某个谐 振频率的谐振回路。
结合图 4说明本发明的工作原理。本发明的射频识别 签基于微带天线传输理论 可将其等效为 LC谐振回路，如图 4所示。该谐振回路的谐振频率为 f。 = 。 式中 L e 为谐振回路的等效电感， 为整个回路的等效电容， C t = C p + C 。 C t 为第一 导体层 2与第二导体层 4、 第三导体层 5之间所形成的等效电容。 改变第一导体层 2 与第二导体层 4、 第三导体层 5之间的距离， 也就是第一基体 1的厚度大小可以改变 等效电容值 C t 。
接口 7的第一通孔单元将第二导体层 4和第四导体层 8相连，接口 7的第二通孔 单元将第三导体层 5和第四导体层 8相连， 上述结构形成等效电感 L e 。 接口 7在导 体层上的不同位置以及第一通孔单元和第二通 孔单元数量的差异，使所形成的等效电 感值也不同。
R C P 为所采用的标签芯片的电阻和电容， 这两个值由标签芯片的生产厂商提 供。 由于此种类型的标签天线的阻抗都为复阻抗， 在作天线匹配的时候要考虑共轭匹 配以获得最大功率传输。
本发明通过合理改变连接标签芯片段微带线的 长度和宽度，以及导体层的尺寸来 实现天线与标签芯片的阻抗共轭匹配。从等效 电路方面来说， 就是调节谐振回路中各 个可以调节的元件数值， 提高标签天线对微弱信号的收集存储能力， 在更远处标签芯 片仍然可以获得足够工作的能量， 从而获得更大的读写距离。 本发明的射频识别标签属于无源射频识别标签 ，亦即标签工作所需要的能量全部 由标签天线从读写器发出的电磁波获取。 当标签谐振回路的谐振频率落在规定的
RFID频段时， 标签芯片就可以从读写器获取能量进入激活状 态， 标签芯片激活后， 已存储在标签芯片中的信息将通过辐射面发送 到读写器。
为表明本发明的抗金属特性， 经实验测试， 如图 5所示， 当本发明嵌入式抗金属 射频识别标签粘贴在金属物体的表面时最大读 取距离为 3.9m， 相比而言， 嵌入到金 属表层时， 最大读取距离为 3.7m， 嵌入到两倍标签厚度的深度时， 最大读取距离为 3m。 可以看出， 标签嵌入到金属后最大读取距离仍然拥有放置 在金属表面时最大读 取距离的 95%， 即使嵌入到两倍深度的位置， 还有安装在金属表面情况下的 77%读 取距离。 经比较， 同样的测试环境下， 本发明在读取距离这个指标上是市场上两种常 见的同类抗金属产品的两倍以上。本发明在粘 贴到金属表面， 嵌入到不同深度后的最 大读取距离如图 5所示。 由于天线标签结构的特殊性， 本发明可以翻转 180° 使用， 而不影响最大读取距离， 同时， 翻转后还可以保护标签芯片。
本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所 附的权利要求所揭示的本发明的范围 和精神的情况下所作的更动与润饰， 均属本发明的权利要求的保护范围之内。