CN103482212B - 液体容器的射频识别全向电子标签及其配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种液体容器的RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）全向电子标签及其配置方法。该电子标签包括：辐射回路和供电回路，所述辐射回路和供电回路以缠绕的方式附着在所述液体容器的瓶盖内测，所述电子标签上的拆毁部件和所述液体容器的瓶盖上的开启部件相连，以使得利用所述开启部件对所述液体容器的瓶盖进行开封时通过所述拆毁部件物理性破坏所述电子标签。本发明可以实现电子标签的防拆、防伪功能，并保证电子标签具有比较高的辐射特征。

Description

液体容器的射频识别全向电子标签及其配置方法

技术领域

本发明涉及电子标签领域，尤其涉及一种液体容器的RFID（RadioFrequency Identification，射频识别）全向电子标签和RFID电子标签的配置方法。

背景技术

在日常生活中使用的液体容器，底部为封闭的圆筒形结构，越往上圆筒直径变得越小，形成开口式瓶颈。这种液体容器的瓶口需要利用特种形状的瓶盖进行密封，以保管/保存瓶中的液体或者防止酒瓶被再次使用。

上述液体容器的瓶盖通常的开封方式是扭转型方式。就是指瓶口外侧的螺线和瓶盖内侧的螺线相吻合，通过扭转瓶盖就可以实现密封和开封瓶子的结构。

高价酒类产品的瓶盖需要一种不容易重装液体的瓶盖开封结构和不可再利用酒瓶的一次性瓶盖防伪结构。最近，各种伪造/仿造技术也非常发达。在高价的酒类及威士忌产品领域中，也存在通过仿造酒瓶和瓶盖后装入假酒类产品进行销售的行为。这不仅非法逃税，而且损坏企业品牌形象、降低消费者对产品的信任。因此，相关酒类制造企业、流通相关企业、相关机关及政府部门也为了有效对应这种伪造/仿造技术，在单品酒类产品上应用了各种形式的防伪手段。

目前，一种液体容器的防伪方法是把RFID标签附着在酒瓶一侧，利用专用RFID读写器查询商品信息/库存管理/流通管理及判别商品真伪与否。

上述液体容器的防伪方法的缺点为：当RFID标签附着在酒瓶外侧的时候，存在人为拆贴标签的可能性。并且，是以合成树脂系列复合而成的RFID标签的时候，利用强拆的方式可无损坏拆下电子标签。所以，无法通过识别标签信息来判别被再利用与否。特别是在液体管理容器上附着RFID电子标签的时候，因两种不同煤质分界面上的电磁波反射、高介电体液体的电磁波能量吸收、包住酒瓶的特殊包装材质对电磁波的干扰及衍射等现象，消弱RFID电子标签的信号强度。因此，将会出现RFID电子标签的识别性能和识别率明显下降的情况。

另外，液体管理容器进行流通/保管/销售时，需要一次性同时群读到电子标签。但是，附着在酒瓶外侧的一般RFID电子标签在水平面内的辐射增益会有一定的偏差。因此，根据识别角度及识别方向、读写器天线的方向和极化方向的不同，存在识别距离偏差的缺点。

发明内容

本发明的实施例提供了一种液体容器的射频识别全向电子标签及其配置方法，以实现电子标签的防拆、防伪功能，并保证电子标签具有比较高的辐射特征。

一种液体容器的射频识别全向电子标签，包括：

辐射回路和供电回路，所述辐射回路和供电回路以缠绕的方式附着在所述液体容器的瓶盖内测，所述电子标签上的拆毁部件和所述液体容器的瓶盖上的开启部件相连，以使得利用所述开启部件对所述液体容器的瓶盖进行开封时通过所述拆毁部件物理性破坏所述电子标签。

一种所述射频识别全向电子标签的配置方法，包括：

根据所述电子芯片的阻抗特性和设定的所述电子标签的辐射频率配置所述电子标签的供电回路和/或辐射回路的特性参数；

根据所述特性参数确定所述电子标签在所述辐射频率处的等价阻抗特性，使得所述电子标签在所述辐射频率处的等价阻抗特性和所述电子芯片的阻抗特性共轭匹配。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的RFID电子标签是以电感耦合方式连接供电回路和辐射回路，并且，缠绕在瓶盖内测上的辐射回路的末端是错位重叠结构，电子标签上的拆毁部件（切口）和液体容器的瓶盖上的开启部件相连，当开封液体容器的瓶盖时，可以同时对电子标签进行物理性破坏，从根本上防止电子标签被再次使用，并保证电子标签具有比较高的辐射特征。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种液体容器的RFID全向电子标签和该液体容器的瓶盖的立体构成图；

图2为本发明实施例一提供的一种液体容器的缠绕式RFID电子标签的立体构成图(前面/后面)；

图3为本发明实施例二提供的一种液体容器的射频识别全向电子标签的配置方法的处理流程图；

图4为本发明实施例二提供的一种辐射回路和供电回路的等价电路示意图；

图5为本发明实施例二提供的一种随着RFID电子标签的供电回路的长边(FL)而变化的电抗成分X_a的值；

图6为本发明实施例二提供的一种随着辐射回路的末端的重叠领域(OL)而变化的电抗成分X_a的值；

图7(a)、7(b)为本发明实施例二提供的一种对应于方位角和仰角的RFID电子标签的辐射图；

图8为本发明实施例二提供的一种不同方位角和仰角时的RFID电子标签的识别距离测试结果。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

该实施例提供的一种液体容器的RFID全向电子标签和该液体容器的瓶盖的立体构成图如图1所示，在图1中，101为液体容器的玻璃/陶瓷材质瓶口，在瓶口处塞上与瓶口内径相吻合的瓶塞（200），利用瓶口和瓶塞之间的张力，使瓶塞（200）紧密结合在瓶口处。与上述瓶塞相结合的瓶口(101)处，套上塑料系列的液体容器的瓶盖(300)，通过瓶盖(300)内壁上的凸起部分和瓶口(101)上的凸起部分之间的紧密结合，牢固地安装在瓶口(101)处。

本发明实施例中的电子标签包括：辐射回路（500）和与电子芯片连接在一起的供电回路（501），所述供电回路（501）和所述辐射回路（500）可以在PET或者纸质基材（520）上印刷或蚀刻。所述辐射回路和供电回路以缠绕的方式附着在所述液体容器的瓶盖内测，其中，辐射回路(500)平面型辐射结构以缠绕一圈的方式附着在液体容器瓶盖上，形成螺旋状结构，具有水平面全向辐射特性。供电回路（501）成环状结构，与辐射回路(500)具有一定间距，具有与RFID IC芯片（510）电性结合的邦定端，通过该邦定端供电回路（501）与RFID IC芯片邦定连接。上述供电回路(501)和辐射回路(500)是物理性断开，以电感耦合方式相连接，因此，可以单独设计上述供电回路(501)和辐射回路(500)，供电回路(501)和辐射回路(500)具有可以维持自身最佳状态的优点。图1中的700表示RFID电子标签的复合图层。

在本发明实施例中，在上述电子标签的非天线部分设置有易于拆毁电子标签为目的拆毁部件，该拆毁部件和所述液体容器的瓶盖上的开启部件相连，以使得利用所述开启部件对所述液体容器的瓶盖进行开封时通过所述拆毁部件物理性破坏所述电子标签。上述拆毁部件、开启部件可以为切口或者切槽。上述电子标签的天线部分为上述辐射回路(500)上的发射射频信号的区域。

图2为把平面型RFID电子标签缠绕在液体管理容器瓶口(101)上的构成图的正面和反面图，如图2所示，在电子标签上的非天线部分设置有易于拆毁电子标签为目的切口(530)，在瓶盖（300）上设置有易于撕下瓶盖为目的的开启部件：切口(310)和切槽(320)，上述切口(530)与上述切口(310)、切槽(320)在内部相连，通过这些切口(310)、切槽(320)和切口(530)，用户无需费大劲能同时撕下瓶盖(300)和附着在瓶盖内测的RFID电子标签。

在实际应用中，为了降低制造成本并且应用在不同直径瓶口(101)液体容器上的电子标签，RFID电子标签可以在水平面上有一定倾斜角(θ/2.5度左右)，当缠绕在瓶盖上时，RFID电子标签的辐射回路(500)的末端可以在瓶盖内测面形成一定长度的错位重叠区域。

为了扩张上述标签天线的带宽，辐射回路(500)可设计成蝴蝶结形状。并且，可以通过变更辐射回路(500)末端的重叠区域长度，来调整上述RFID电子标签的天线（即辐射回路(500)）的全向辐射图。

与辐射回路(500)相邻的供电回路(501)的形状和相对位置，根据液体容器的瓶口(101)的半径、RFID IC芯片的阻抗等因素，可变换成各种形态来使用。

实施例二

在本发明实施例中，需要根据所述电子芯片的阻抗特性和设定的所述电子标签的辐射频率，确定所述电子标签中的供电回路、辐射回路的特性参数，使得所述电子标签在所述辐射频率处的等价阻抗特性和所述电子芯片的阻抗特性共轭匹配。

该实施例提供的一种液体容器的射频识别全向电子标签的配置方法的处理流程如图3所示，包括如下的处理流程：

步骤31、确定电子芯片的阻抗特性为具有较大虚数值和较小实数值的复阻抗形态。

在本发明实施例中，设定的所述电子标签的辐射频率f₀为UHF（UltraHigh Frequency，特高频）频段。

通常，因内存结构的制造特性，UHF频段RFID IC芯片的阻抗是具有较大虚数值和较小实数值的复阻抗形态，上述虚数值表示IC芯片的阻抗的电抗成分，上述实数值表示阻抗的电阻成分。这种IC芯片的复阻抗形态中的虚数成分是降低电子标签的天线的辐射带宽等辐射性能的主要因素。在本发明实施例的无源RFID电子标签的设计当中，将上述所述电子标签在所述辐射频率处的等价阻抗与IC芯片的阻抗进行共轭匹配，以提高电子标签的天线的辐射性能。为了制造成本及标签的小型化，没有另外设置利用集总元件的匹配电路。

步骤32、确定电子标签在辐射频率f₀处的等价阻抗的电阻成分R_a和电抗成分X_a的计算方法。

图4为该实施例提供的一种辐射回路和供电回路的等价电路示意图，R_r为辐射回路的电阻，R_loop为供电回路的电阻，M为辐射回路和供电回路的互感，L_loop为供电回路的自感。这时，上述电子标签在共振频率（辐射频率f₀）处的等价阻抗的电阻成分（实数成分）R_a和电抗成分（虚数成分）X_a的计算方法如下：

$R_a=\frac{{\left(2\mathrm{\π}{f}_{0}M\right)}^2}{R_r}+R_{\mathrm{loop}}$

X_a＝2πf₀L_loop

实际上供电回路的电阻(R_loop)值非常小，可以忽略不计。因此，电子标签在共振频率处的等价阻抗的电阻成分R_a主要由互感M和辐射回路(500)的电阻R_r值决定。上述电抗成分X_a主要由供电回路的自感L_loop决定。因此，上述电子标签在共振频率（辐射频率f₀）处的等价阻抗的电阻成分R_a和电抗成分X_a的变化，可通过配置供电回路和/或辐射回路的特性参数进行调整，以实现上述电子标签的阻抗的电抗成分X_a与IC芯片的阻抗的电抗成分共轭匹配。

步骤33、基于上述R_a和X_a的计算方法，配置所述电子标签的供电回路和/或辐射回路的特性参数，使得所述电子标签在所述辐射频率处的等价阻抗特性和所述电子芯片的阻抗特性共轭匹配，并提高电子标签的天线的辐射性能。

在实际应用中，上述电子标签在共振频率（辐射频率f₀）处的等价阻抗的电阻成分R_a的值必须控制在设定范围内，才能保证电子标签的天线的辐射性能符合要求。

比如，可以通过把辐射回路设计成圆弧结构方式，以降低辐射回路的电阻R_r，从而可以提高上述电阻成分R_a的值。

可以通过在辐射回路另设附加辐射因子的方式来降低或者提高辐射回路的电阻R_r，从而可以降低或者提高上述电阻成分R_a的值。

通过调整（增加或者减少）所述供电回路的长度，来调整（增加或者减少）供电回路的自感L_loop，从而可以调整（提高或者降低）电抗成分X_a的值。

通过对供电回路和辐射回路之间的间距(d)进行调整，来调整辐射回路的电阻R_r，进而调整上述电阻成分R_a的值。

通过对辐射回路的末端的重叠区域长度进行调整，对上述供电回路和辐射回路之间的互感M进行调整，进而调整上述电阻成分R_a的值。

上述电子标签的天线可以想象成是形成螺旋状电磁辐射部的螺旋天线，螺旋天线的主要设计参数是缠绕次数N、螺旋直径D、相邻的螺旋间距S、螺旋角度α。上述螺旋天线可分为在螺旋轴法线方向上形成最大辐射图的法向模螺旋天线和在螺旋轴线方向上形成最大辐射图的轴向模螺旋天线。

为了改善群读率，上述电子标签的辐射场需要在水平面内需呈现出全向特性。并且，缠绕实际瓶口的螺旋直径(D)比UHF频段波长(λ)小，因此，可以设计成法向模螺旋天线。但是，增益会比一般的平面型天线要小。这种螺旋状标签天线的辐射回路，随着辐射回路的末端的重叠区域长度的增加，螺旋缠绕次数(N)会有所增加。这种情况下寄生容抗虽不变化，但是自互感将会增大，从而降低标签天线的共振频率。

上述供电回路和辐射回路的结合而产生的电抗成分，通过互感系数(M)发生变化，与寄生容抗和自互感一起决定电子标签的共振频段。

图5为随着供电回路的长度(FL)而变化的电抗成分X_a的值，从图5可以看出，当供电回路的宽边为5mm，辐射回路和供电回路之间的间距为2mm固定不变时，供电回路的长边长度从11mm变化到15mm时的电子标签的等效阻抗的虚数成分（电抗成分X_a）的变化曲线。在中心频率0.915GHz处，长边长度从11mm变化到15mm时，电抗成分X_a从-j120到-j220变化幅度相对较大。因此，可以说在共轭匹配为目的的电感耦合供电方式中，决定电抗成分X_a的主要的设计变量是供电回路的长度。

图6为当RFID电子标签的辐射回路缠绕在不同直径的瓶口上时，随着辐射回路的末端的重叠领域(OL)而变化的电抗成分X_a的值。特别是在辐射回路的螺旋结构当中，随着缠绕次数、寄生容抗虽不变化，但是自互感将会增加，从而会使辐射频率发生偏移。因此，本发明中的标签天线，通过调整辐射回路的缠绕次数，在输入阻抗不变的情况下，易于把辐射频率迁移到所需的频段当中。图7中表示，当辐射回路的末端的重叠领域(OL)从2mm变化到15mm时，电子标签的等效阻抗的虚数成分（电抗成分X_a）的变化曲线。在中心频率0.915GHz处，当上述液体容器的瓶口从2mm变化到15mm时，电抗成分X_a变化从-j138到-j152，与其他设计变量的变化相比变化幅度较小。因此，可知随着一定范围内的瓶口直径变化而变化的阻抗，对RFID电子标签的阻抗匹配特性影响不大。并且，适当的RFID电子标签大小，可以应用在一定范围内的各种不同直径瓶口液体管理容器上。

图7为对应于方位角和仰角的RFID电子标签的辐射图。其中，图7(a)为以HUF频段为基准，在不同频率时电子标签在X-Y平面上的辐射图；图7(b)为phi＝0°和phi＝90°时的电子标签辐射图。

图7a中，供电回路的所在位置是X-Y平面中phi＝180°的位置，并且，出现最大辐射的领域是方位角phi＝-90°到phi＝+90°之间，其增益约为1.7dBi。基于方位角(phi方向)图示中心频率0.92GHz处的标签天线辐射图时，增益最大偏差为2dBi，电子标签不存在特定方向盲区，维持在水平面内的全向辐射特性。

图7b中为phi＝0°的X-Z平面和phi＝90°的Y-Z平面上的电子标签的天线增益辐射图。从图7中可知，phi＝0°时仰角theta＝150°和theta＝330°处存在盲区。基于仰角的标签增益最大方向和盲区之间的增益差约为12dBi，表明仰角变化对标签识别率有直接影响。即，仰角方向(theta)的最大增益具有以供电回路为基准时，中心轴偏歪30°左右的特性。并且，因为在仰角±90°附近存在最大增益，所以标签天线下方存在液体等干扰电磁波的物体，也对标签天线增益的影响不大。另外，上述电子标签的辐射回路中，远场辐射大部分是在螺旋辐射回路的重叠领域中产生。因此，通过适当调整标签天线辐射回路的重叠部分，使其在方位角方向上的识别距离呈现全向特性。

图8为标签天线仰角theta＝60°和theta＝90°时，随着方位角phi(X-Y平面)的变化而测得的标签识别距离的测试结果，测试中使用的读写器为商用手持式读写器，是输出功率为28dBm、读写器天线增益为1dBi的圆极化天线读写器。

分析识别距离的测试结果可知，仰角theta＝90°时最大读取距离为50cm，theta＝60°时最大读取距离为40cm。相同仰角的情况下识别距离偏差相对较小，因此可以看成是全向辐射。并且，在辐射回路重叠的phi＝0°附近测得了最大识别距离。特别是，当仰角从theta＝90°减小到theta＝60°时，标签识别距离也随之变短。这种随着仰角的变化而发生的识别距离变化，在标签群读及自动识别中与读写器天线通信时，应该考虑成重要的环境变化因素。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

综上所述，本发明实施例的RFID电子标签缠绕在瓶盖内测上的辐射回路的末端是错位重叠结构，电子标签上的拆毁部件（切口）和液体容器的瓶盖上的开启部件相连，当开封液体容器的瓶盖时，可以同时对电子标签进行物理性破坏，从根本上防止电子标签被再次使用，实现防拆、防伪功能的特性。

本发明实施例是以电感耦合方式连接供电回路和辐射回路，可以通过配置电子标签的供电回路和/或辐射回路的特性参数，使得所述电子标签在所述辐射频率处的等价阻抗特性和所述电子芯片的阻抗特性共轭匹配，保证电子标签具有比较高的辐射特征。

本发明实施例的中的RFID电子标签在实际应用时是缠绕一圈的方式附着在容器瓶盖内测，具有识别电子标签时的水平面内全向辐射特性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种液体容器的射频识别全向电子标签，其特征在于，包括：

辐射回路和供电回路，与所述供电回路连接的电子芯片,所述辐射回路和供电回路以缠绕的方式附着在所述液体容器的瓶盖内测，所述电子标签上的拆毁部件和所述液体容器的瓶盖上的开启部件相连，以使得利用所述开启部件对所述液体容器的瓶盖进行开封时通过所述拆毁部件物理性破坏所述电子标签，

根据所述电子芯片的阻抗特性和设定的所述电子标签的辐射频率配置所述电子标签的供电回路和/或辐射回路的特性参数；

根据所述特性参数确定所述电子标签在所述辐射频率处的等价阻抗特性，使得所述电子标签在所述辐射频率处的等价阻抗特性和所述电子芯片的阻抗特性共轭匹配。

2.根据权利要求1所述的液体容器的射频识别全向电子标签，其特征在于，所述辐射回路和供电回路在水平面上有一定倾斜角，所述辐射回路以缠绕的方式附着在所述液体容器的瓶盖内测时形成螺旋状结构，所述辐射回路的末端在瓶盖内测面形成一定长度的错位重叠区域。

3.根据权利要求1所述的液体容器的射频识别全向电子标签，其特征在于，在所述电子标签上的非天线部分设置有易于拆毁电子标签为目的第一切口和/或切槽，在所述液体容器的瓶盖上设置有易于撕下瓶盖为目的的第二切口和/或切槽，所述第一切口和/或切槽与所述第二切口和/或切槽在内部相连，以使得利用所述第二切口和/或切槽对所述液体容器的瓶盖进行开封时通过所述第一切口和/或切槽物理性破坏所述电子标签。

4.根据权利要求1所述的液体容器的射频识别全向电子标签，其特征在于，所述供电回路与所述电子芯片连接在一起的，并和所述辐射回路以电感耦合方式相连接。

5.一种权利要求1至4任一项所述的液体容器的射频识别全向电子标签的配置方法，其特征在于，包括：

根据电子芯片的阻抗特性和设定的所述电子标签的辐射频率配置所述电子标签的供电回路和/或辐射回路的特性参数；

根据所述特性参数确定所述电子标签在所述辐射频率处的等价阻抗特性，使得所述电子标签在所述辐射频率处的等价阻抗特性和所述电子芯片的阻抗特性共轭匹配。

6.根据权利要求5所述的液体容器的射频识别全向电子标签的配置方法，其特征在于，所述的根据所述特性参数确定所述电子标签在所述辐射频率处的等价阻抗特性，包括：

所述电子标签在所述辐射频率处的等价阻抗的电阻成分                                                的计算方法如下：

所述为所述电子标签的辐射频率，所述为所述供电回路和辐射回路的互感，所述为所述辐射回路的电阻值,所述为供电回路的电阻；

所述电子标签在所述辐射频率处的等价阻抗的电抗成分的计算方法如下：

所述为所述供电回路的自感。

7.根据权利要求6所述的液体容器的射频识别全向电子标签的配置方法，其特征在于，所述的方法还包括：

所述辐射回路采用圆弧结构，以降低所述辐射回路的电阻值，提高所述电子标签在辐射频率处的等价阻抗的电阻成分的值。

8.根据权利要求6所述的液体容器的射频识别全向电子标签的配置方法，其特征在于，所述的方法还包括：

通过对所述供电回路的长度进行调整，来调整所述供电回路的自感，进而调整所述电子标签在辐射频率处的等价阻抗的电抗成分的值。

9.根据权利要求6所述的液体容器的射频识别全向电子标签的配置方法，其特征在于，所述的方法还包括：

通过对所述供电回路和辐射回路之间的间距进行调整，来调整所述辐射回路的电阻值，进而调整所述电子标签在辐射频率处的等价阻抗的电阻成分的值。

10.根据权利要求6所述的液体容器的射频识别全向电子标签的配置方法，其特征在于，所述的方法还包括：

通过对所述供电回路和辐射回路之间的间距进行调整，来调整所述供电回路和辐射回路之间的互感M，进而调整所述电子标签在辐射频率处的等价阻抗的电阻成分的值。

11.根据权利要求6所述的液体容器的射频识别全向电子标签的配置方法，其特征在于，所述的方法还包括：

通过对辐射回路的末端的重叠区域长度进行调整，来调整所述电子标签在水平面内的全向辐射特性。