CN102013033A

CN102013033A - 一种太阳能电池供电的rfid电子标签

Info

Publication number: CN102013033A
Application number: CN 201010595196
Authority: CN
Inventors: 李建雄; 万鑫宁
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2011-04-13

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池供电的RFID电子标签，属于射频识别技术领域，所述电子标签包括：包括太阳能电池、标签天线和标签芯片。所述太阳能电池的正极性端与所述标签芯片的正极性端相连；所述太阳能电池的负极性端与所述标签芯片的负极性端相连；所述标签天线的第一端与所述标签芯片的射频输入端相连；所述标签天线的第二端与所述标签芯片的负极性端相连；所述标签天线围绕在所述太阳能电池的外部；所述太阳能电池与围在其外部的所述标签天线之间有一定的间隙；所述太阳能电池作为所述标签天线的寄生单元。本发明提高了有源标签和半有源标签的使用寿命，使有源标签和半有源标签可以长期工作而不需更换电池，避免了环境污染，减少制作工艺的复杂度，缩小了标签整体的面积，增加了无源标签和半有源标签的通信距离。

Description

一种太阳能电池供电的RFID电子标签

技术领域

本发明涉及射频识别领域，特别涉及一种RFID电子标签。

背景技术

随着RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)技术的发展，RFID系统逐渐应用到射频识别技术领域中，RFID系统主要由标签、阅读器、数据传输和处理系统三部分组成。RFID电子标签具有持久性、信息接收传播穿透性强、存储信息容量大和种类多等优点。

在射频识别系统中，按照电子标签供电系统的不同结构，RFID电子标签主要分为有源标签、半有源标签和无源标签。有源标签和半有源标签具有外置的电池，通过外置的电池(通常为普通电池)为标签芯片的工作提供能量，使其有更远的通信距离及可以增加更多的电路功能。无源标签依靠阅读器的射频信号提供能量使其工作，无源标签有着成本低和大规模生产的优点。

发明人在实现本发明的过程中，发现上述现有技术至少存在以下缺点和不足：

有源标签和半有源标签因增加了外置的电池，使得增加了制作工艺的复杂度；由于电池对标签天线的辐射特性有影响，所以要求电池与天线有足够大的距离，从而使得标签整体的面积较大；并且当普通电池能量耗尽时需更换电池，增加了使用过程中的复杂度，而且普通电池还会造成一定程度的环境污染；无源标签的通信距离有限。

发明内容

为了避免有源标签和半有源标签的电池更换、减少对环境的污染、减少制作工艺的复杂度、缩小标签整体的面积；增加无源标签和半有源标签的通信距离，本发明实施例提供了一种太阳能电池供电的RFID电子标签，所述技术方案如下：

一种太阳能电池供电的RFID电子标签，所述电子标签包括：太阳能电池、标签天线、标签芯片；

所述太阳能电池的正极性端与所述标签芯片的正极性端相连；所述太阳能电池的负极性端与所述标签芯片的负极性端相连；所述标签天线的第一端与所述标签芯片的射频输入端相连；所述标签天线的第二端与所述标签芯片的负极性端相连；所述标签天线围绕在所述太阳能电池的外部；所述太阳能电池与围在其外部的所述标签天线之间有一定的间隙；所述太阳能电池作为所述标签天线的寄生单元。

所述标签天线可以是偶极子类型天线、环形天线或微带贴片天线。

所述标签天线的形状所决定的阻抗和所述标签芯片的输入阻抗共轭匹配。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

通过用太阳能电池代替普通电池，将太阳能电池的极板作为标签天线的寄生单元，使太阳能电池和标签天线结合为一个电路单元，通过该RFID电子标签提高了有源标签和半有源标签的使用寿命，使有源标签和半有源标签可以长期工作而不需要更换电池，避免了因使用普通电池造成的环境污染、减少制作工艺的复杂度，增加了无源标签和半有源标签的通信距离，通过对太阳能电池和标签天线外形的综合设计，缩小了标签整体的面积，降低了标签的制造成本。

附图说明：

为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造劳动性的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的电路结构图。

图2是本发明的一种标签设计实例。标签芯片采用EM Microelec-tronic公司的芯片EM4324。标签芯片EM4324的焊盘1是负极性端，焊盘2是正极性端，焊盘7是射频输入端。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了避免有源标签和半有源标签中的电池更换、减少对环境的污染、减少制作工艺的复杂度、缩小标签整体的面积；增加无源标签和半有源标签的通信距离，本发明实施例提供了一种太阳能电池供电的RFID电子标签，详见下文描述：

传统电池废旧之后，若电池中的重金属得不到妥善处理就会对环境造成污染；但是，若标签芯片的能量来自于清洁环保的太阳能，就可以避免电池生产中对环境造成的危害；并且由于太阳能电池具有较长的使用寿命，在一定光照强度下，太阳能电池能收集足够的光子，将光能转化成电能，可为标签芯片提供电源，并且理想情况下，只要有一定的光照，太阳能电池可以源源不断地为标签芯片供电，使其永远工作，而不需要更换电池，故本发明实施例优选用太阳能电池。

图1是本发明实施例提供的电路结构图。参见图1，该RFID电子标签包括：太阳能电池、标签天线、标签芯片；所述太阳能电池的正极性端与所述标签芯片的正极性端相连；所述太阳能电池的负极性端与所述标签芯片的负极性端相连；所述标签天线的第一端与所述标签芯片的射频输入端相连；所述标签天线的第二端与所述标签芯片的负极性端相连；所述标签天线围绕在所述太阳能电池的外部；所述太阳能电池与围在其外部的所述标签天线之间有一定的间隙；所述太阳能电池作为所述标签天线的寄生单元。

图2是本发明的一种标签设计实例。参见图2，该RFID电子标签的实例包括：太阳能电池、标签天线、标签芯片(EM Microelec-tronic公司的芯片EM4324)。标签芯片EM4324的焊盘1是负极性端，焊盘2是正极性端，焊盘7是射频输入端，在工作频率915MHz情况下输入阻抗的测量典型值是(11-j155)欧姆。太阳能电池的面积是44×30mm²。标签的基质是FR4，相对介电常数是4.6，损耗正切是0.018，厚度是1mm。标签天线的形状在图2中标出，材料是铜。所述太阳能电池的正极性端与所述标签芯片EM4324的正极性端(焊盘2)相连；所述太阳能电池的负极性端与所述标签芯片EM4324的负极性端(焊盘1)相连；所述标签天线的第一端与所述标签芯片EM4324的射频输入端(焊盘7)相连；所述标签天线的第二端与所述标签芯片EM4324的负极性端(焊盘1)相连；所述太阳能电池与围在其外部的所述标签天线之间有一定的间隙；所述太阳能电池作为所述标签天线的寄生单元；在工作频率915MHz情况下，所述标签天线的形状和尺寸所决定的标签天线阻抗是(11+j155)欧姆，和所述标签芯片的输入阻抗共轭匹配。

其中，太阳能电池的极板具体为标签天线的寄生单元，使得太阳能电池和标签天线结合为一个电路器件，具体地，标签天线的形状应满足能够接收UHF(Ultra High Frequency，超高频)频段的射频电磁波，例如：915MHz和2.45GHz的频段。

通过上述的电路设计，使得太阳能电池既可以为标签芯片提供能源又可以作为标签天线的寄生单元，详见下文描述：

当在有源模式下即有光的情况下，太阳能电池不仅当作是标签天线的寄生单元，与其外围的标签天线结合为一个电路单元，而且将太阳能转化成电能为标签芯片提供能量，使其激活，解决了传统无源RFID标签因距离过远无法激活芯片的困难。

当在无源模式下即无光的情况下，太阳能电池仅当作是一个寄生单元，与其外围的标签天线结合为一个电路单元，使得标签当作普通的无源标签来使用。

进一步地，为了提高光电转化效率，太阳能电池可以采用多晶硅或者非晶硅制作，具体实现时，还可以采用其他的材料来制作，本发明实施例对此不作限制。

进一步地，不用对太阳能电池再进行加工改造，可以拿来商业上已经生产好的太阳能电池直接使用，节省了再加工时所需的成本，使适用的范围扩大，具体实现时，本发明实施例对此不作限制。

进一步地，为了增加标签芯片的通信距离，根据使用的太阳能电池的尺寸、规格不同，可以通过修改其外围的标签天线形状和尺寸来使整体天线的阻抗与标签芯片的输入阻抗共轭匹配，并且使其具有一定的增益，具体实现时，本发明实施例对此不作限制。

进一步地，为了适应工程设计要求，标签天线可以是偶极子类型天线、环形天线或微带贴片天线，具体实现时，本发明实施例对此不作限制。

具体实现时，本发明实施例对标签芯片的通信协议、阅读器不做限制。

具体实现时，由于有源标签与无线传感器节点类似，该RFID电子标签还可以应用到WSN(Wireless Sensor Network，无线传感网络)中，当在环境监测和军事应用等无线传感节点大量使用的场合中，通过该RFID电子标签可以使WSN在没有阳光下仍可以继续工作，解决了无法对电池能量耗尽的无线传感节点进行更换电池的问题，该应用前景十分广泛。进一步地，该RFID电子标签还可以应用到定位技术等领域，以及其他与射频识别技术相结合的领域，例如：可以用于湿度传感标签、定位标签中，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。

综上所述，本发明实施例提供了一种太阳能电池供电的RFID电子标签，通过用太阳能电池代替普通电池，将太阳能电池当作一个寄生单元添加到传统标签天线中，使得太阳能电池和天线结合为一个电路器件，通过该RFID电子标签，提高了有源标签和半有源标签的使用寿命，使有源标签和半有源标签可以长期工作而不需要更换电池，避免了因使用普通电池造成的环境污染、减少制作工艺的复杂度，增加了无源标签和半有源标签的通信距离，满足了标签芯片工作距离的要求；通过对标签天线和太阳能电池之间的形状设计，减小了标签整体的面积，降低了制造成本；并且该RFID电子标签拓展了RFID系统的应用范围，可以将其应用到大范围的无人区中对设备的监控和维护，减少人力的监督，降低人力成本，提高工作效率。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优先实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种太阳能电池供电的RFID电子标签，所述电子标签包括：太阳能电池、标签天线、标签芯片；其特征是：

2.根据权利要求1所述的一种RFID电子标签，其特征是：所述标签天线是偶极子类型天线、环形天线或微带贴片天线。

3.根据权利要求1所述的一种RFID电子标签，其特征是：所述标签天线的形状所决定的阻抗和所述标签芯片的输入阻抗共轭匹配。