CN102004937B - 一种可贴于金属表面的小体积远距离无源电子标签 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可贴于金属表面的小体积远距离无源电子标签，它包括包装盒（3）、隔离器（1）、垫块（7）、基片（6）和芯片（5），隔离器（1）固定在包装盒（3）的底座（2）上，基片（6）置于隔离器（1）上面，基片（6）和隔离器（1）之间用垫块（7）隔开，包装盒（3）用盖板（4）密封，芯片（5）牢固地粘贴在基片（6）上，基片（6）上还布置有微带天线（9）和匹配电路（8），芯片（5）的两个电极分别通过匹配电路（8）与微带天线（9）连接。本发明具有体积小、识别距离远和可贴于金属表面等优点，可以应用在金属车体、集装箱、具有防弹防爆的前挡风玻璃、金属航空材料和武器装备等载体上。

Description

一种可贴于金属表面的小体积远距离无源电子标签

技术领域

本发明涉及到一种无源电子标签，特别是涉及到一种可贴于金属表面的小体积远距离无源电子标签。

背景技术

射频识别技术（RFID）以识别速度快、精度高、无需接触、环境适应性强等特点而受到集装箱运输业的青睐，得到了快速发展，并逐渐运用到交通运输、航空包裹管理、后勤管理、生产线自动控制、门禁管理、物料处理、医疗等“物联网”领域。射频识别系统主要由四部分组成，即电子标签、读写器及其天线和计算机（智能控制器）。根据电子标签工作时的供电方式不同，可以将电子标签分为无源、半无源和有源电子标签，本电子标签属无源电子标签，其典型结构是由标签芯片、标签天线和标签基片三部分组成。

现有的UHF超高频电子标签，有的虽可以贴于金属表面，但识别距离较近，在一些应用领域如“物联网”中的军事和工业物流管理等，要求UHF电子标签既能安装于金属表面如集装箱、具有防弹或防爆的前挡风玻璃表面、金属航空材料、武器装备等，同时还要求体积小（小于60×15×10mm），识别距离远（如大于3m），现有的电子标签难以同时达到这些指标要求。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有技术的不足，提供一种可贴于金属表面的小体积远距离无源电子标签，以满足体积小、远距离识别和可贴于金属表面等应用要求。

一种可贴于金属表面的小体积远距离无源电子标签，它包括包装盒、隔离器、垫块、基片和射频识别芯片，隔离器固定在包装盒的底座上，基片置于隔离器上面，基片和隔离器之间设有垫块，包装盒用盖板密封，芯片牢固地粘贴在标签的基片上，基片上还布置有微带天线和匹配电路，芯片的两个电极分别通过匹配电路与微带天线连接。

隔离器起着隔离金属表面对电子标签的影响和缩小其体积的作用，因为如果将电子标签直接贴附于金属表面上时，由于金属表面对入射电磁波的“短路”，使电子标签无法正常工作；如果设计不当，由于金属表面对入射电磁波的反射作用，将会有较强的反方向电磁波也穿过电子标签，入射波与反射波叠加，形成合成场信号，电子标签与金属表面的间距直接影响两者的相位差，如果此间距设计不当，两者的合成场信号将会抵消一部分，强度也会大大削弱，严重影响读写器对电子标签的读取距离，甚至无法读取电子标签上的数据。消除金属面影响的解决方法是增加电子标签的微带天线和金属面之间的间距，随着间距的增加，合成场信号矢量将逐渐增强，当此间距增加到波长的1/4时，合成场信号矢量达到最大，微带天线增益可增加约3dB。很多应用，不允许电子标签的体积太大。所以，电子标签的厚度受到限制。采用隔离器这样的关键设计，可以大大减小金属表面对电子标签的影响，达到提高读写距离和缩小电子标签与金属面之间的间距，从而缩小体积的双重功效，为此，我们选择特殊的高性能吸波材料作为隔离器。

所述的匹配电路为由正反交替的梯形微带线连接组成的微带天线电路，梯形的腰为45°。由于电子标签天线特性受所安装物体的形状及物理特性、标签到贴标签物体的距离、标签所安装物体表面的介电常数、金属表面的反射及隔离介质参数等的影响，将普通的标签贴附于金属面时，原来匹配的天线变得不再匹配了。天线设计的目标是传输最大的能量进出，天线匹配程度越高，天线的辐射性能越好。这需要精心设计微带天线及其与芯片的匹配电路、微带天线与金属表面的间距、隔离器及其材料的选择。UHF波频段的电子标签天线一般采用微带天线形式，在传统的微带天线设计中，我们可以通过控制天线尺寸和结构，或者使用阻抗匹配转换器使其输入阻抗与馈线相匹配。而大规模生产的电子标签，很难测量其工作状态下的芯片阻抗的准确数据；其输入阻抗、方向图等特性容易受到加工精度、介质板纯度的影响。在保持天线性能的同时，使天线与芯片阻抗相匹配，兼顾金属面的影响，这是可贴于金属表面电子标签天线设计的一个主要难点，而本发明设计的由正反交替的梯形微带线连接组成的微带线路构成的匹配电路，其梯形的腰为45°，则创造性地攻克了这一难题。

所述的微带天线为非对称天线，非对称天线的作用是进一步缩小电子标签的体积。在基片和隔离器之间设有垫块，垫块的厚度增减，用来调整电子标签的入射电磁波反射电磁波的相位，保证两种电磁波信号强度叠加，而不是相减。

所述的微带天线为折弯天线，折弯也是为了缩小电子标签的体积。

本发明的有益效果是：电子标签可贴于金属表面，其体积小，距离识别远，远高于同等体积下现有电子标签的识别距离，适用于空间受限的金属车体、集装箱、具有防弹防爆的前挡风玻璃、金属航空材料和武器装备等应用领域。

附图说明

图1 本发明侧视剖视图

图2 基片上的电路结构图

图3 本发明的工作流程图

图中，1-隔离器，2-底座，3-包装盒，4-盖板，5-芯片，6-基片，7-垫块，8-匹配电路，9-微带天线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步描述：

如图1，一种可贴于金属表面的小体积远距离无源电子标签，它包括包装盒3、隔离器1、垫块7、基片6和芯片5，隔离器1固定在包装盒3的底座2上，包装盒3用盖板4密封，基片6置于隔离器1上面，基片6和隔离器1之间用多个垫块7隔开，芯片5牢固地粘贴在基片6上。 

如图2，基片6上布置有微带天线9和匹配电路8，芯片5的两个电极分别通过匹配电路8与微带天线9连接，匹配电路8为微带线路，由正反交替并且腰为45°的梯形微带线连接组成，微带天线9为非对称的折弯天线，芯片5由整流器、调制器、解调器以及具有处理数据逻辑和存储功能的数字电路组成。

如图3，本发明的工作原理如下：RFID系统的读写器经天线发射已调射频信号；本发明所述的电子标签随载体进入RFID系统的读写器及其天线的作用范围时，通过微带天线接收到已调射频信号，芯片中的整流器将已调射频信号的射频能量的一部分转换成直流能量，为基片上标签芯片电路供电，芯片解调器从已调射频信号解调出数据和时钟信号，芯片存储器将其存储的相关数据信息(包括ID号)传给调制器调制电子标签回传的应答信号；电子标签通过微带天线将应答信号传输给读写器；读写器经天线接收到应答信号，经解调和解码后，送给计算机，计算机从中提取相关数据信息(包括ID号)，同时加上RFID应用系统的地点及标签通过的时间等，通过通信网络传到应用系统的信息管理中心，这样完成了RFID应用系统与标签之间的数据信息交换。

本发明的电子标签工作于920.5-924.5MHZ，其存储容量为1024bit，其中96bit存有全世界唯一的ID号；它可以贴于金属表面，不用电池供电，寿命可达10年，其体积比较小，只有53×10×7mm³，识别距离远，在读写器发射峰值功率≦1W、读写器天线增益11db条件下，其识读距离大于5米；如将体积增大为234X16X18mm³，其识读距离可达24m以上（用户实测为37.5m）。

下面结合试验数据来进一步说明本发明的技术效果，其中，试验用的读写器为UAP2100读写器，天线为PA3110平板线极化天线，计算机为1580联想昭阳计算机，高温试验箱为DGF3006高温试验箱，低温试验箱为WD7050低温试验箱，电动振动系统为V810电动振动系统，试验结果如下表：

表中，1～5号电子标签的体积均为53X10X8mm³，从表中可以看出本发明在频率902MHZ-928MHZ范围内，识别距离在5m以上，在-25℃保持半小时然后再在+40℃保持半小时后，以及经受高强度的振动后，仍然工作正常，说明本发明性能十分稳定。

Claims (1)

1.一种可贴于金属表面的小体积远距离无源电子标签，它包括包装盒（3）、隔离器（1）、基片（6）和射频识别芯片（5），隔离器（1）固定在包装盒（3）的底座（2）上，基片（6）置于隔离器（1）上面，包装盒（3）用盖板（4）密封，芯片（5）牢固地粘贴在基片（6）上，其特征是：基片（6）和隔离器（1）之间设有垫块（7），所述的隔离器所用的材料为高性能吸波材料，基片（6）上还布置有微带天线（9）和匹配电路（8），芯片（5）的两个电极分别通过匹配电路（8）与微带天线（9）连接，所述的匹配电路（8）为由正反交替的梯形微带线连接组成的微带线路，梯形微带线的腰为45°，所述的微带天线（9）为非对称半波振子天线，微带天线（9）除了与匹配电路连接的两臂外，其余为折弯线。

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