CN109034341A - 一种全向抗介质rfid标签及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种全向抗介质RFID标签及其使用方法。属于RFID标签技术领域，尤其涉及一种抗介质标签的改进。提供了一种在低成本、小尺寸市场需求的约束下，能够满足全向读取、并能适应常规介质与金属、液体介质的全向抗介质RFID标签。包括基片、天线和芯片，所述天线在所述基片上设为相互连接的Ⅰ部和Ⅱ部，所述Ⅰ部又具有处于中间位置的环路b区和分设在环路b区两侧并分别连接所述环路b区的天线a区和天线c区；所述芯片设在所述环路b区的环路缺口处；在所述Ⅱ部的背面设有胶层。本发明提高了经济效益，具有很强的实用性。

Description

一种全向抗介质RFID标签及其使用方法

技术领域

本发明属于RFID标签技术领域，尤其涉及一种抗介质标签的改进。

背景技术

射频识别，RFID（RadioFrequencyIdentification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

现有标签分为两种：一种为打印条码的标签，分为一维条码和二维条码，相关信息可输入至条码中，但使用时需要每一个贴标物体都正对扫描枪扫一次，效率低，成本高。另一种为RFID电子标签，无需人工干预，只需使用阅读器就可自动批量读取，效率高，省人工。

随着RFID技术在各领域的推广和应用，对不同电子标签的功能与要求逐步细化，并逐渐提高标签的智能化。现有RFID标签组成包括基材、金属天线、导电胶、芯片，金属天线附着于基材上，导电胶位于金属天线上方，连接金属天线与芯片。常规标签接收电磁波获得能量以激活本身往外辐射电磁波，进行射频信息传输通讯。不过常规标签均为偶极子天线（如图16所示）并天线采用弯折线设计，该类RFID标签无抗介质功能，应用于液体、金属等介质环境时会失效。无全向性功能，非极化方向性能衰减严重，致使标签不能进行有效通信。

所以具有抗介质功能全向性RFID标签可帮助零售业、工业、服装行业等进行数据采集与处理，建立智能化信息平台。故研究一款具有抗介质、全向性功能RFID标签是大势所趋。

为此，国家知识产权局2014-12-31公开的申请号2014204605704，名称：抗介质超高频电子标签的专利技术，出于灵敏度和读写可靠性的目的，采取的技术方案包括矩形基板；天线，附着于基板第一表面，该天线为具有四个镂空区的矩形片，第一镂空区设置于矩形片中部、呈一字形，第二镂空区呈十字形，第二镂空区位于第一镂空区一侧、与第一镂空区和非天线区连通，将矩形片中部成形为一个折合振子，第三、四镂空区对称地设置于矩形片的两端处；射频芯片，附着于基板第一表面的中心，与折合振子的开口端连接；面板，粘结于基板第一表面；以及离型纸，粘结于基板第二表面。

此外，国家知识产权局2016-6-29公开的申请号2016100179824，名称一种抗介质超高频RFID标签的专利技术，出于不受其背部介质环境干扰而正常工作的目的所提供的标签技术方案包括：标签介质板、抗介质标签天线图案和集成电路芯片；抗介质标签天线图案设置于标签介质板上，集成电路芯片设置于抗介质标签天线图案中间。

该两专利技术方案均采用中心对称式设计，均利用了具有一定屏蔽功能的基板（如前者采用高分子材料、后者采用具有一定介电常数要求的介质板）来“阻断”帖附载体材质对射频信号的影响。这就决定了基板需要一定的厚度尺寸以及基本厚度与平面长宽尺寸比例方能实现全向性功能。

总结起来，现有技术中，一类是不能适用于金属/液体介质（比如可乐易拉罐、酒瓶等）的常规标签；

另一类是能够适用于金属/液体介质，其中一种能适用于金属/液体介质，但不能适用于常规介质；另一种不受介质影响，但成本高、尺寸大。

发明内容

本发明针对以上现有技术的不足，提供了一种在低成本、小尺寸市场需求的约束下，能够满足全向读取、并能适应常规介质与金属、液体介质的全向抗介质RFID标签。

本发明的技术方案是：

一种全向抗介质RFID标签，包括基片、天线和芯片，所述天线在所述基片上设为相互连接的Ⅰ部和Ⅱ部，所述Ⅰ部又具有处于中间位置的环路b区和分设在环路b区两侧并分别连接所述环路b区的天线a区和天线c区；所述Ⅱ部设有弯折形状的天线d区，所述天线d区连接所述线c区；

所述芯片设在所述环路b区的环路缺口处；在所述Ⅱ部的背面设有胶层。

所述Ⅰ部的天线a区和天线c区为弯折形状的天线，使得天线a区、环路b区和天线c区组成偶极子天线，所述弯折天线的弯折线宽0.4—10mm，弯折匝数＞2。

所述Ⅱ部弯折形状的天线d区为：具有至少两支相互连接的天线臂，两支所述天线臂相互呈10~120°夹角，所述弯折形状天线臂的尾端与所述天线c区连接，所述弯折形状天线臂的尾端与头端绝缘。

所述Ⅱ部弯折形状的天线d区为Z形、C形或L形。

所述天线d区的天线臂的宽度为所述天线c区的天线臂宽度的1~20倍。

所述天线d区的天线臂上设有空隙。

所述空隙位于天线d区的天线臂的中部，并且形状与天线臂的形状相似。

所述天线d区的天线臂为实心结构。

一种全向抗介质RFID标签的使用方法，使用时，将Ⅱ部的胶层贴附于介质物品表面，并将Ⅰ部悬空不与介质物品接触。

本发明的有益效果是：天线在基片上采用分区不对称结构设计，设为相互连接的Ⅰ部和Ⅱ部，Ⅰ部具有处于中间位置的环路b区和分设在环路b区两侧并分别连接环路b区的天线a区和天线c区，负责向Z方向辐射电磁波，并且不与被贴物接触，降低被贴介质材料对芯片周围场强影响，Ⅱ部具有至少两支相互连接夹角为10~120°的天线臂，粘附在与被贴物上，负责向X方向辐射电磁波，因X方向和Z方向辐射均为伞状，因此Y方向一定距离时也会有场强，从而实现三维全向抗介质功能；天线a区和天线c区可增强Z方向的场强，实现Z方向性能；Ⅱ部天线增粗并且设有空隙，增大辐射区尺寸，提高天线增益及X方向上的性能。该标签辐射区采用至少两支相互连接的天线臂设计及搭配常规芯片实现全向性功能，大大降低了生产工艺的复杂程度和生产成本。本发明可贴附在金属、液体、PVC、纸材、布料等介质材料上能正常读取通信。本发明在复杂介质环境下性能（读距）可达5-6米，优于其他常规标签，提高了经济效益，具有很强的实用性。

附图说明

图1是本发明的第一种实施方式结构示意图，

图2是图1的A-A向剖视图，

图3是图2中B处放大示意图，

图4是图1后视图的第一种实施方式，

图5是图1后视图的第二种实施方式，

图6是图1后视图的第三种实施方式，

图7是图1的天线明细示意图，

图8是图7的左视图，

图9是本发明的第二种实施方式结构示意图，

图10是本发明的第三种实施方式结构示意图，

图11是本发明电磁波辐射示意图，

图12是图11的左视图，

图13是图11的俯视图，

图14是本发明在三维坐标系中的电磁波辐射示意图，

图15是本发明的在易拉罐上的使用示意图，

图16是现有技术中RFID标签的结构示意图；

图中1是基片，2是天线，3是芯片，31是导电胶，4是胶层。

具体实施方式

以下表述中，图11、12、13中的弧线以及图14中的伞状扩散椭圆线表示电磁波信号，图14中的X、Y、Z为坐标方向。

如图1-3所示，本发明的一种全向抗介质RFID标签，包括基片1、天线2（为偶极子天线）和芯片3，所述天线2在所述基片1上设为相互连接的Ⅰ部和Ⅱ部，所述Ⅰ部又具有处于中间位置的环路b区和分设在环路b区两侧并分别连接所述环路b区的天线a区和天线c区；所述Ⅱ部设有弯折形状的天线d区，所述天线d区连接所述线c区；芯片3可以是Ucode8、Ucode7、MonzaR6、Monza5、H3、H4（均适用于上述芯片，但不仅限于上述芯片）等。

天线可采用易碎天线（现有技术）设计，使用热熔胶将易碎天线贴附至介质材料表面，撕标时易碎天线会断裂，标签性能失效，达到防揭效果。

在设计本发明时，先使用绘图软件设计RFID标签天线图，将该天线导入射频仿真软件中，在软件中对该款天线建模，设置芯片的大小种类、设置天线及对应材料模型，以模拟标签天线现实使用环境，模拟环境搭建完成后使用仿真软件对天线性能进行仿真，最后输出标签天线的性能与频点，由于常规RFID偶极子电子标签不能实现抗介质功能及全向性功能，无法应用于上述环境，此设计通过特殊结构设计与优化，实现标签的正常工作。

天线设计原理：芯片阻抗值分为实部和虚部（j开头的部分），不同频点有有不同阻抗值，设计天线时，将天线频点调整到需要频段，天线的实部与芯片的实部要相同，天线的虚部与芯片的虚部要相反，即相互抵消。天线频点为866MHz时，芯片3阻抗值为15.65-j149.4Ω；天线的频点为915MHz时，芯片3阻抗值为13.52-j141.4Ω；天线的频点为956MHz时，芯片3阻抗值为12.78-j135.3Ω。

所述芯片3通过导电胶31粘附设在所述环路b区的环路缺口处；在所述Ⅱ部的背面设有胶层4。如图4-6所示，胶层4可以水平平行的两条、竖直平行的两条或者交叉的两条（水平方向表示图1中横向，竖直方向表示图1中的纵向）。

以芯片3为中心，天线a区和天线c区可增强Z方向的场强，实现Z方向性能，天线d区可增强X方向的场强，实现X方向性能，而X方向和Z方向场强信号以伞状辐射出去，达到一定距离后，Y方向就会有X方向和Z方向场强信号，从而实现了全向抗介质性能，即各个方向均可正常通信。

所述Ⅰ部的天线a区和天线c区为弯折形状的天线，使得天线a区、环路b区和天线c区组成偶极子天线，所述弯折天线的弯折线宽0.4—10mm，弯折匝数＞2。作用是使得天线a区和天线c区成为有效的辐射区

所述Ⅱ部弯折形状的天线d区为：具有至少两支一个端头相互连接的天线臂，两支所述天线臂相互呈10~120°夹角，所述弯折形状天线臂的尾端与所述天线c区连接，所述弯折形状天线臂的尾端与头端绝缘（即：1、至少两个粗臂，2、两个粗臂相互间有夹角，3、整体上的尾端串接c区，4、不能形成环路）。便于使用贴附，也可增大辐射区尺寸，提高天线增益及X极化方向上的性能。天线d区长度为15-20mm，便于贴附的同时不影响美观。具体形状可以是：以比较简单的字母形式来表达为：Z、C（U）、L等形状（如图7-10所示）。如果呈现封闭形状，即头尾相互连接，标签辐射区有效长度就不够了，变短。

所述天线d区的天线臂的宽度为所述天线c区的天线臂宽度的1~20倍。所述天线d区的天线臂上设有空隙，可增大标签有效尺寸，增强标签有效电流口径，实现性能增强。所述空隙位于天线d区的天线臂的中部，并且形状与天线臂的形状相似（比如天线臂整体呈Z形时，其中间的空隙也呈Z形如图7；天线臂呈L形时，空隙整体也呈L形，如图10）。空隙的宽度，使得两侧天线臂的余留宽度与Ⅰ部的弯折、迂回、环形天线的宽度基本接近，有助于信号流的传输。

当然，天线d区的天线臂也可以为实心结构，如图9所示的情况。

一种全向抗介质RFID标签的使用方法，使用时，将Ⅱ部的胶层贴附于介质物品表面，并将Ⅰ部悬空不与介质物品接触，天线a、b、c区远离介质物品，以降低被贴介质材料对芯片周围场强影响，保证标签性能稳定性，从而实现抗介质功能。且Ⅱ部与Ⅰ部相连的一侧的边缘与介质材料顶边对齐，能够有效解决RFID电子标签贴附在金属、液体、PVC等介质材料表面不能正常读取的问题（比如易拉罐饮料、玻璃/陶瓷包装的酒类产品等）。Ⅱ部向X方向辐射电磁波（如图11、13、14所示），Ⅰ部向Z方向辐射电磁波（如图12、13、14所示）；鉴于前述两方向电磁波呈伞形如图13、14所示，在Y方向也能够接收到有效的信号（距离标签Y向端头5-10cm以上）。

以上结合具体的实施例对本发明做了比较详细的说明，但这些具体的说明不应理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明的说明还可以做出其它的修饰变形或等同替换等。

Claims (9)

1.一种全向抗介质RFID标签，包括基片、天线和芯片，其特征在于，所述天线在所述基片上设为相互连接的Ⅰ部和Ⅱ部，所述Ⅰ部又具有处于中间位置的环路b区和分设在环路b区两侧并分别连接所述环路b区的天线a区和天线c区；所述Ⅱ部设有弯折形状的天线d区，所述天线d区连接所述线c区；

所述芯片设在所述环路b区的环路缺口处；在所述Ⅱ部的背面设有胶层。

2.根据权利要求1所述的一种全向抗介质RFID标签，其特征在于，所述Ⅰ部的天线a区和天线c区为弯折形状的天线，使得天线a区、环路b区和天线c区组成偶极子天线，所述弯折天线的弯折线宽0.4—10mm，弯折匝数＞2。

3.根据权利要求1所述的一种全向抗介质RFID标签，其特征在于，所述Ⅱ部弯折形状的天线d区为：具有至少两支相互连接的天线臂，两支所述天线臂相互呈10~120°夹角，所述弯折形状天线臂的尾端与所述天线c区连接，所述弯折形状天线臂的尾端与头端绝缘。

4.根据权利要求3所述的一种全向抗介质RFID标签，其特征在于，所述Ⅱ部弯折形状的天线d区为Z形、C形或L形。

5.根据权利要求3所述的一种全向抗介质RFID标签，其特征在于，所述天线d区的天线臂的宽度为所述天线c区的天线臂宽度的1~20倍。

6.根据权利要求3所述的一种全向抗介质RFID标签，其特征在于，所述天线d区的天线臂上设有空隙。

7.根据权利要求6所述的一种全向抗介质RFID标签，其特征在于，所述空隙位于天线d区的天线臂的中部，并且形状与天线臂的形状相似。

8.根据权利要求3所述的一种全向抗介质RFID标签，其特征在于，所述天线d区的天线臂为实心结构。

9.一种权利要求1所述的全向抗介质RFID标签的使用方法，其特征在于，使用时，将Ⅱ部的胶层贴附于介质物品表面，并将Ⅰ部悬空不与介质物品接触。