CN103839100A

CN103839100A - 一种双频两用远距离抗金属rfid无源标签

Info

Publication number: CN103839100A
Application number: CN201410092266.3A
Authority: CN
Inventors: 粟向军; 郭观七; 欧阳竟成; 张舸
Original assignee: YUEYANG QIANMENG ELECTRONIC CO Ltd; Hunan Institute of Science and Technology
Current assignee: YUEYANG QIANMENG ELECTRONIC CO Ltd; Hunan Institute of Science and Technology
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-06-04

Abstract

本发明公开了一种双频两用远距离抗金属RFID无源标签，包括绝缘介质板，绝缘介质板的正面和反面设置有不同电长度的馈电网络贴层，双频两用抗金属标签侧面还设有标签芯片和调谐电容，标签芯片与调谐电容电路并联连接，标签芯片与馈电网络电路串联连接。本发明的有益效果是抗金属标签读取距离长，不受金属环境干扰，成本低，可同时工作于美频和欧频，适用范围广。

Description

一种双频两用远距离抗金属RFID无源标签

技术领域

本发明属于RFID应用技术领域，涉及一种双频两用远距离抗金属RFID无源标签。

背景技术

RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）是一种非接触式的自动识别技术。凭借其存储容量大、识别目标多、非接触读取、数据可加密等优点及巨大的发展潜力，RFID被誉为21世纪最重要的技术之一，并受到全球各界的广泛关注，给人类社会生产生活产生了深远的影响。近年来，随着相关技术的不断完善与成熟，经过多年的技术孵化与培育，RFID技术正日臻完善，目前已成功地应用到了生产控制、智能交通、公共安全、物品防伪、移动支付及室内定位等诸多领域当中。

RFID系统一般由读写器和标签组成，读写器通过无线射频（低频LF、高频HF、超高频UHF、微波MW）读取标签内的信息，实现与标签之间的数据通信。低频与高频RFID系统主要利用电感耦合实现识别功能，读取距离较近，一般不超过1米；超高频与微波频段RFID系统主要通过电磁波传播来完成识别过程，具有较远的读取距离，可达10米以上。其中，UHF RFID因性能优异，已成为当前应用的主流，主要表现在：（1）UHF RFID系统频率适中，数据读取速率快，适合远距离RFID系统使用；（2）UHFRFID标签通过无线供电，它是无源的；（3）UHFRFID标签通过抗金属设计，可工作于复杂的工业金属环境；（4）UHFRFID标准统一、产品通用性强。鉴于UHFRFID系统巨大的应用潜力，国家十分推崇与EPCG2兼容的18000-6C标准，并相继发布了UHFRFID的相关政策和规范。

将超高频RFID技术与互联网、无线通讯网络等技术相融合，这使得物流供应链成为了当前十分热门的应用与研究方向，特别适合全球范围内物品的跟踪与信息共享。但目前来看，该技术主要存在有三方面的问题：一是标签成本仍无法降低到所有用户可接受的程度，从而无法实现所有物品的标识；二是RFID标签性能目前还无法满足某些特殊领域的行业需求，特别是对大型金属物品的识别。三是各个国家在UHF频率使用上并不统一，使所设计的标签必须与指定的读写器配合才能正确读取数据，不利于经济全球化趋势下的物品识别。因此，研制适应各国UHF RFID系统都能正确读取数据、满足各种行业需求的高性能远距离RFID抗金属标签，就显得十分重要和紧迫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双频两用远距离抗金属RFID无源标签，解决了传统的UHF频段无源标签识别距离近、容易受金属干扰的问题，由于同时适用于美频与欧频，解决了标签与型号各异的多种读写器之间的兼容问题。

本发明所采用的技术方案是包括绝缘介质板，绝缘介质板的正面和反面设置有馈电网络贴层或微带天线辐射阵子，双频两用抗金属标签侧面还设有标签芯片和调谐电容，标签芯片与调谐电容电路并联连接，标签芯片与馈电网络电路串联连接。

本发明的特点还在于位于绝缘介质板正面和反面的馈电网络贴层的金属导体层的电长度不同，而且两面的阵子都可以当做辐射体，也可以当做反射底板。正面绝缘介质板上的馈电网络贴层的金属导体层可让RFID读写器在美频902—928MHz频段读取，反面绝缘介质板上的馈电网络贴层的金属导体层可让RFID读写器在欧频860—868MHz频段读取。馈电网络可以相互电路连接组成环天线，也可不相互接触构成类似偶极子的天线。标签的芯片可以放在侧面，也可以放在正反中的任何一面，嵌入到标签主体中。标签芯片旁边设置调谐焊盘，标签芯片电路连接调谐焊盘。正面绝缘介质板和反面绝缘介质板形状为矩形或圆形。正面绝缘介质板和反面绝缘介质板材质为聚四氟乙烯板或FR-4绝缘板。馈电网络贴层的金属辐射阵子由铜或铝或银粉构成。标签芯片选取为Impinj公司的Monza4QT型号芯片，或者其他兼容的芯片。

本发明的有益效果是抗金属标签读取距离长，不受金属环境干扰，成本低，同时适用于美频和欧频，应用范围广。

附图说明

图1是本发明一种双频两用远距离抗金属RFID无源标签的正面结构示意图；

图2为本发明标签的反面结构示意图；

图3为本发明的侧面结构示意图；

图4为本发明标签贴在金属物体表面正面被读取时的示意图；

图5为本发明标签贴在金属物体表面反面被读取时的示意图。

图中，1.绝缘介质板，2.正面绝缘介质板上的馈电网络贴层，3.反面绝缘介质板上的馈电网络贴层，4.标签芯片，5.调谐电容，6.金属背景物体，7.美频RFID读写器，8.欧频RFID读写器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1、图2和图3所示，绝缘介质板1具有正、反两面，正面绝缘介质板1上设置有正面绝缘介质板上的馈电网络贴层2，反面绝缘介质板1上设置有反面绝缘介质板上的馈电网络贴层3，绝缘介质板1侧面还设有标签芯片4和调谐电容5，标签芯片4与调谐电容5电路并联连接，标签芯片4与正面绝缘介质板上的馈电网络贴层2、反面绝缘介质板上的馈电网络贴层3电路串联连接。正面绝缘介质板上的馈电网络贴层2、反面绝缘介质板上的馈电网络贴层3的金属导体层电长度不同，正面绝缘介质板1上的馈电网络贴层2的金属导体层可让美频RFID读写器7在美频902—928MHz频段读取，反面绝缘介质板1上的馈电网络贴层3的金属导体层可让欧频RFID读写器8在欧频860—868MHz频段读取。正面绝缘介质板上的馈电网络贴层2、反面绝缘介质板上的馈电网络贴层3可以相互电路连接组成环天线，也可不相互接触构成类似偶极子的天线。标签芯片4可以放在侧面，也可以放在正反中的任何一面，嵌入到标签主体中。标签芯片4旁边还可设置调谐焊盘，调谐焊盘连接调谐电容5，方便调谐使用。标签芯片4电路连接调谐焊盘。绝缘介质板形状为矩形或圆形，绝缘介质板材质为聚四氟乙烯板或FR-4绝缘板。馈电网络贴层2与馈电网络贴层3的金属辐射振子由铜或铝或银粉构成。标签芯片4为Impinj公司的Monza4QT型号芯片。

正面绝缘介质板上的馈电网络贴层2和反面绝缘介质板上的馈电网络贴层3表面有金属导体层，它们充当了微带天线的辐射阵子，作为标签天线，通过差异化设计，两面可分别工作于美频、欧频RFID系统。标签侧面设有RFID电子标签芯片4和调谐电容5，标签芯片4与调谐电容5电路并联连接，标签芯片4与正面绝缘介质板上的馈电网络贴层2、反面绝缘介质板上的馈电网络贴层3电路串联连接，标签芯片4是电子标签的核心，其主要功能有标签信息存储、标签接收信号的处理、标签发射信号的处理及无线供电，标签芯片4成本约占整个电子标签成本的三分之一左右，国外主流芯片种类繁多，综合应用价格、技术参数、技术成熟度等多种因素，本发明中芯片型号选取了具备高性能读写功能、适合企业级RFID应用的Impinj公司Monza4QT芯片，读取可靠性高，且具有两个完全独立的天线端口，可以消除标签盲点，实现了方位不敏感性。调谐电容5主要完成标签芯片4与正面绝缘介质板上的馈电网络贴层2、反面绝缘介质板上的馈电网络贴层3之间的阻抗匹配作用，当正面绝缘介质板上的馈电网络贴层2、反面绝缘介质板上的馈电网络贴层3的金属导体层无法与标签芯片4共轭匹配时需要调谐电容5进行调谐匹配。

绝缘介质板1的正、反两面形状都为矩形或者其他几何形状，材料选取为聚四氟乙烯板或FR-4或者其他。正面绝缘介质板上的馈电网络贴层2、反面绝缘介质板上的馈电网络贴层3的金属导体层具有不同的电长度，使之在不同的谐振频率上工作、由微带天线的工作原理所决定，其形状可以是任何能够延长电长度的几何弯折走线、保证标签天线的小型化的形状。由于金属导体层微带天线的电长度由其基板介电常数和材料的厚度所决定，因此当基板介电常数过低或尺寸过小时需要采用调谐电容5来调节匹配。

如图4所示，双频两用抗金属标签电长度较短的一面贴在金属背景物体6表面，电长度较长的一面正对美频RFID读写器7。由于读写器工作在902—928MHz的美频，此时离读写器最近的标签正面、电长度较长的金属导体层起主要作用，可实现902—928MHz的频率阅读，在美频频段表现出较好的识别距离。对902—928MHz的美频RFID读写器7的使用型号无特殊要求。

如图5所示，所述双频两用抗金属标签电长度较短的一面贴在金属背景物体6表面，电长度较长的一面正对欧频RFID读写器8。由于读写器工作在860—868MHz的欧频，此时贴近金属背景物体6表面的标签反面、电长度较短的金属导体层起主要作用，可实现860—868MHz的频率阅读，在欧频段表现出较好的识别距离。对860—868MHz的欧频RFID读写器8的使用型号无特殊要求。

双频两用抗金属标签通过在绝缘介质板上的正面馈电网络贴层2、反面馈电网络贴层3的天线阵子设计成具有不同的电长度，使其分别谐振于美频、欧频。同现有的技术相比较，本发明提供的一种双频两用抗金属标签通过设计正、反两面标签天线工作于不同的频段，具有既可支持美频902—928MHz，也可支持欧频860—868MHz，线极化，距离远，性能稳定可靠等优点。本发明不仅克服了标签在金属背景物体6上识读距离近的缺点，而且实现了双频工作，适合不同国家RFID行业的应用。微带天线的高增益可以提高标签的辐射效率，良好的阻抗匹配可以有效地保证标签返回的功率100%辐射出来，通过微带天线的高增益设计和调谐电容5阻抗匹配设计就可以有效的提高标签灵敏度，因此具有识别距离远、不低于10m，性能稳定可靠等优点。本发明解决了标签对大型金属背景物体6如钢卷、钢坯、车辆等识别距离近的瓶颈问题，而且实现了双频工作，适合不同国家RFID行业的应用。本发明的结构简单易于制作，且采用现有部件制造而成，成本低，适用范围广，特别适于钢铁、冶金、汽车、物流等特殊行业领域的大规模推广使用。

应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种双频两用抗金属标签，其特征在于：包括绝缘介质板（1），绝缘介质板（1）的正面上设置有正面绝缘介质板上的馈电网络贴层（2），绝缘介质板（1）的反面上设置有反面绝缘介质板上的馈电网络贴层（3），绝缘介质板（1）侧面还设有标签芯片（4）和调谐电容（5），标签芯片（4）与调谐电容（5）通过并联电路连接，标签芯片（4）与正面绝缘介质板上的馈电网络贴层（2）、反面绝缘介质板上的馈电网络贴层（3）之间通过串联电路连接。

2.按照权利要求1所示一种双频两用抗金属标签，其特征在于：所述正面绝缘介质板上的馈电网络贴层（2）与反面绝缘介质板上的馈电网络贴层（3）的金属导体层电长度不同，而且两面的阵子都可以当做辐射体，也可以当做反射底板，正面绝缘介质板（1）上的正面绝缘介质板上的馈电网络贴层（2）的金属导体层让美频RFID读写器（7）在美频902—928MHz频段读取，反面绝缘介质板（1）上的反面绝缘介质板上的馈电网络贴层（3）的金属导体层让欧频RFID读写器（8）在欧频860—868MHz频段读取。

3.按照权利要求1所示一种双频两用抗金属标签，其特征在于：所述正面绝缘介质板上的馈电网络贴层（2）与所述反面绝缘介质板上的馈电网络贴层（3）相互电路连接组成环天线或不相互接触构成类似偶极子的天线。

4.按照权利要求1所示一种双频两用抗金属标签，其特征在于：所述标签的芯片（4）置于绝缘介质板（1）侧面或绝缘介质板（1）正反面中的任何一面，或者嵌入到标签主体中。

5.按照权利要求1所示一种双频两用抗金属标签，其特征在于：所述绝缘介质板（1）形状为矩形或圆形。

6.按照权利要求1所示一种双频两用抗金属标签，其特征在于：所述绝缘介质板（1）材质为聚四氟乙烯板或FR-4绝缘板。

7.按照权利要求1所示一种双频两用抗金属标签，其特征在于：所述正面绝缘介质板上的馈电网络贴层（2）、反面绝缘介质板上的馈电网络贴层（3）的金属辐射振子由铜或铝或银粉构成。

8.按照权利要求1所示一种双频两用抗金属标签，其特征在于：所述标签芯片（4）型号为Monza4QT。