CN115392280B - 一种基于混响理论提高电子标签识别率的方法及系统 - Google Patents

一种基于混响理论提高电子标签识别率的方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115392280B
CN115392280B CN202211330617.0A CN202211330617A CN115392280B CN 115392280 B CN115392280 B CN 115392280B CN 202211330617 A CN202211330617 A CN 202211330617A CN 115392280 B CN115392280 B CN 115392280B
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
electronic tag
electromagnetic field
disturbance
closed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211330617.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115392280A (zh
Inventor
薛泉
张扬
崔悦慧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN202211330617.0A priority Critical patent/CN115392280B/zh
Publication of CN115392280A publication Critical patent/CN115392280A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115392280B publication Critical patent/CN115392280B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10316—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves using at least one antenna particularly designed for interrogating the wireless record carriers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
    • G01R29/0871—Complete apparatus or systems; circuits, e.g. receivers or amplifiers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/12—Measuring electrostatic fields or voltage-potential
    • G01R29/14—Measuring field distribution
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10158—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves methods and means used by the interrogation device for reliably powering the wireless record carriers using an electromagnetic interrogation field
    • G06K7/10178—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves methods and means used by the interrogation device for reliably powering the wireless record carriers using an electromagnetic interrogation field including auxiliary means for focusing, repeating or boosting the electromagnetic interrogation field

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于混响理论提高电子标签识别率的方法及系统，将电磁扰动技术与RFID技术有机地结合到了一起，通过对密闭金属腔内的电磁场进行旋转扰动实现电磁场均匀，使得电子标签在金属腔内的任意位置均能被激活识别。本发明中使用的金属扇叶及其工作方式为封闭金属环境中扰动电磁场提供了有效的思路和方法。

Description

一种基于混响理论提高电子标签识别率的方法及系统
技术领域
本发明涉及混响室和射频识别领域，具体涉及一种基于混响理论提高电子标签识别率的方法及系统。
背景技术
从物联网概念的提出到其高速发展的整个过程中， RFID技术应用的范围和领域越来越广泛。在一套完整的RFID系统中，读写器通过内置天线产生电磁场，利用无线电射频方式无接触地和电子标签进行信息互换，以达到识别目的。然而，在RFID的某些应用环境中，RFID系统中读写器和电子标签之间会存在无法匹配的问题，即电子标签无法被有效识别。例如在资产(珠宝等贵重物品)，食物和药剂等需要密闭存储和管理的情况下，封闭的空间内，工作在超高频(Ultra High Frequency，UHF)频段的读写器天线受到四周金属边界的影响和束缚，在金属柜内所产生的电场分布是不均匀的，即在该特定空间中某些位置的电场强度过小或者过大，电子标签在电场强度小的地方无法被有效激活识别，在电场强度大的位置又面临着被损坏的风险。以上两种情况都会影响金属保险柜内电子标签识别率，使得金属保险柜内的空间无法被高效利用，直接压缩了读写器的使用范围。因此，为应对未来RFID技术更复杂的工作环境，在UHF频段下提高封闭金属柜中电子标签的识别率是急需解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种基于混响理论提高电子标签识别率的方法，基于混响理论，在封闭的金属柜顶部设置扰动结构对内部场分布提供扰动，改善封闭金属柜内的场不均匀问题，提高其中电子标签的识别率。
本发明的另一目的在于提供一种提高电子标签识别率的系统，通过一种金属扇叶在UHF频段的密闭金属柜顶部旋转来进行电磁环境扰动，改善空间中场不均匀现象。
本发明采用如下技术方案：
一种基于混响理论提高电子标签识别率的方法，适用于设置在密闭金属腔内的RFID识别系统，通过对密闭金属腔内的电磁场进行旋转扰动实现电磁场均匀，使得电子标签在密闭金属腔内的任意位置均能被激活识别。
进一步，所述密闭金属腔为金属柜。
进一步，对所述密闭金属腔内的电磁场进行旋转扰动实现电磁场均匀，具体是通过在密闭金属腔顶部设置扰动结构，扰动结构进行顺时针或逆时针旋转实现。
进一步，扰动结构根据混响理论对电磁场进行旋转扰动。
进一步，所述旋转扰动是旋转12次，每次旋转30度。
一种实现所述方法的系统，包括密闭金属腔及扰动结构，所述扰动结构设置在密闭金属腔内的顶部，读写器天线设置在密闭金属腔的底部，所述扰动结构为金属扇叶，所述金属扇叶与密闭金属腔的顶部平行。
进一步，所述金属扇叶由多片完全相同的分叶在同一平面围绕同一个旋转轴构成。
进一步，相邻分叶夹角相等。
进一步，所述分叶为折叶。
进一步，所述分叶由两块夹角为110-130度的金属板构成。
与现有技术相比，本发明优势在于：
（1）本发明提供了一种对封闭空间内场分布扰动和实现能量再分配的有效的方法和思路，使每个位置最大场强值的偏差较小，达到场均匀的行业标准。
（2）本发明可利用简单的金属扇叶，使其在金属柜的顶部机械旋转，通过不停地对金属柜内的电磁场提供扰动，进而改变金属柜的边界条件，从而改善金属柜内的场不均匀性，提高电子标签的识别率。
（3）本发明利用金属扇叶较薄的物理特性，部署在金属柜的顶部，从而避免了占用内部空间的缺点，实现了对于金属柜内部空间的高效利用。
（4）本发明中的方法所用的金属扇叶结构简单，所选材料加工方便，所以易于实现。
（5）本发明将混响理论与RFID技术相结合，通过引入外部物理扰动来解决特定环境中RFID技术在UHF频段所存在的难题，提高封闭金属柜内电子标签的识别率，间接拓宽了读写器工作范围。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明的金属扇叶立体图；
图3是本发明的分页结构示意图；
图4是本发明的金属柜内八个测试点具体位置和金属柜具体尺寸示意图；
图5（a）～图5（d）分别是本发明的金属柜内顶部不做扰动处理时测试空间的场均匀性曲线图；
图6（a）～图6（d）分别是本发明的金属柜内顶部做扰动处理时测试空间的场均匀性曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种基于混响理论提高电子标签识别率的方法，适用于设置在密闭金属腔内的RFID识别系统，所述RFID系统包括读写器天线和电子标签，该方法通过对密闭金属腔内的电磁场进行旋转扰动实现电磁场均匀，使得电子标签在金属腔内的任意位置均能被激活识别，对电磁场的旋转扰动是基于混响理论进行设置的，能够实现对电磁场快速扰动均匀。
本方法在封闭的金属腔顶部对内部场分布提供扰动，打破该封闭空间内原先固定的能量分布，借助扰动使得能量被均匀地重新分配到封闭空间中，进而从根本上改善RFID系统在封闭金属腔内的场不均匀现象，提高其中RFID电子标签的识别成功率。
实现该方法的系统包括密闭金属腔和扰动结构，本实施例中工作频段为UHF频段，密闭金属腔为金属柜3，本实施例中扰动结构为金属扇叶1，所述金属扇叶通过机械旋转轴设置在金属柜内的顶部，并且紧贴顶面设置，且与顶面平行。所述读写器天线2设置在金属扇叶的正下方，也就是金属柜底面的正中央位置，所述金属扇叶进行旋转扰动实现电磁场的均匀。
如图2所示，进一步，所述金属扇叶由多片完全相同的分叶在同一个平面围绕着同一个旋转轴组成，且相邻分叶之间的角度相等。
具体地，本实施例中金属扇叶由四个分叶构成，相邻分叶夹角为90度。
如图3所示，构成金属扇叶的每一片分叶都具有折叶设计，即每一片分叶的两块金属板之间具有一定的角度，这样的设计可以最大程度地增加金属扇叶与封闭金属柜内电磁波的接触面积，从而能更好地对封闭金属柜内的电磁波进行反射和散射，进而改善其内部场不均匀性，提高其中电子标签识别率。其中，当每一片分叶的两块金属板之间的角度设置在110度-130度之间时，此时金属扇叶对于电磁波散射效果最佳，提高电子标签识别率效果也最好。
具体实现电磁场均匀性的过程是：金属扇叶通过顺时针或者逆时针(从金属柜底部往顶部方向看)旋转12次，每次旋转30度对封闭金属柜内的电磁场提供扰动以实现场均匀性。
需要说明的是，金属扇叶的旋转次数及角度是依据混响理论设置，不仅限于本实施例中的优选次数及角度，也可以根据需要选择其它次数或角度，但是金属扇叶每次旋转角度相同。金属扇叶的旋转次数及角度都是与电磁场均匀效果的密切相关。
进一步，金属扇叶的旋转直径大于密闭金属腔最小边界长度的60%。所述最小边界以金属柜举例，金属柜为立方体，其边界为长、宽及高，取三者中最小值为最小边界长度。
所述金属扇叶紧贴金属柜顶部设置，由于金属扇叶与顶部间隙部分无法实现场均匀，因此紧贴设置可以减小空隙，最大化金属柜内部可用空间。
本发明中金属扇叶虽然紧贴金属柜顶部设置，但是其对读写器天线上方的电磁场仍然具有很好的扰动效果。
因为读写器所激发的电场都被束缚在了封闭的金属柜中，其中的任意一处电场都处于牵一发而动全身的状态，因此当金属扇叶开始工作，靠近它的电场被扰动的同时也会影响空间中其他地方的电场变化，最终实现一定区域内的场均匀。
如图4所示，是本实施例中金属柜的示意图及金属柜内八个测试点的设置图，金属柜的尺寸为2.9m×2.9m×2.008m,八个测试点的具体位置分别为：(1350,-1350,105)，(1350,1350,105), (-1350,-1350,105), (-1350,1350,105), (1350,-1350,1550),(1350,1350,1550), (-1350,-1350,1550), (-1350,1350,1550)。八个测试点向内所围成的立方体空间即为测试区域，也是场均匀的主要实现区域。
如图5（a）-图5（d）所示，在未对金属柜内部场分布做扰动时，图中各个方向的场分量标准偏差在图表y轴方向的摆动幅度很大，即说明测试区内部的场分布是极不均匀的。
如图6（a）-图6（d）所示，在利用金属扇叶对金属柜内部的场分布做扰动后，图中各个方向的场分量标准偏差在图表y轴方向的摆动幅度缩减明显，场分量标准偏差的最大值和最小值之间的差距明显减小，说明测试区内部的场不均匀问题得到了改善。以上所提的场分量标准偏差是国际电工委员会指定的从统计上用以衡量场均匀的标准，当探测出来八个点的X、Y和Z方向上的场分量标准差都比较小时，说明八个点的电场强度离散程度小，都在某一特定的数值附近作小范围的摆动，即说明这八个点所围空间的电场分布是均匀的。因此，本发明的方法在封闭的金属柜顶部对内部场分布提供扰动可以有效的实现场均匀，提高其中电子标签的识别率，对其中的空间进行高效利用，并且本方法中所用的金属扇叶在仿真测试中也证明了该方法的有效性。
在封闭金属柜内部，远离读写器天线的区域场强会小于靠近读写器天线的区域场强，本发明创造性提出在封闭金属柜顶部提供扰动，对电磁波进行反射和散射，从而改变金属柜的边界条件，改变待测区域不同位置固定的场强值，使每个位置最大场强值的偏差较小，达到场均匀的行业标准。该技术方案具体表现为在封闭的金属柜顶部安装金属扇叶，金属扇叶平行于金属柜顶部金属壁，利用机械转轴与金属壁连接，通过顺时针或者逆时针(从金属柜底部往顶部方向看去)旋转12次，每次旋转30°来对封闭金属柜内的电磁场进行扰动，反射和散射其中的电磁波，以实现场均匀性。
本发明的扰动结构不局限于本实施例中的金属扇叶，只要是在封闭金属柜顶部能对内部场分布提供扰动，改变封闭金属柜的边界条件，反射和散射其中的电磁波的任何方式都可以。另外，本发明中所使用的金属扇叶并不唯一，可通过修改其物理尺寸或者是改变其整体结构(比如添加更多的扇叶，修改每一片扇叶的结构等)，在封闭金属柜顶部采用多样的旋转方式等，以适应RFID系统工作的不同频段，从而改善封闭金属柜内的场不均匀现象，提高其中电子标签的识别率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于混响理论提高电子标签识别率的方法，其特征在于，适用于设置在密闭金属腔内的RFID识别系统，所述RFID识别系统包括读写器天线及电子标签，通过对密闭金属腔内的电磁场进行旋转扰动实现电磁场均匀，使得电子标签在密闭金属腔内的任意位置均能被激活识别；
所述密闭金属腔内的顶部设置扰动结构，所述读写器天线设置在密闭金属腔的底部，且位于扰动结构的正下方，所述扰动结构为金属扇叶，所述金属扇叶紧贴密闭金属腔顶部设置，且与顶部平行，所述金属扇叶由多片完全相同的分叶在同一平面围绕同一个旋转轴构成，相邻分叶夹角相等，所述分叶为折叶，所述折叶由两块夹角为110-130度的金属板构成，所述金属扇叶的旋转直径大于密闭金属腔最小边界长度的60%。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密闭金属腔为金属柜。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述扰动结构进行顺时针或逆时针旋转实现电磁场均匀。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，扰动结构根据混响理论对电磁场进行旋转扰动。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述旋转扰动是旋转12次，每次旋转30度。
CN202211330617.0A 2022-10-28 2022-10-28 一种基于混响理论提高电子标签识别率的方法及系统 Active CN115392280B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211330617.0A CN115392280B (zh) 2022-10-28 2022-10-28 一种基于混响理论提高电子标签识别率的方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211330617.0A CN115392280B (zh) 2022-10-28 2022-10-28 一种基于混响理论提高电子标签识别率的方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115392280A CN115392280A (zh) 2022-11-25
CN115392280B true CN115392280B (zh) 2023-03-24

Family

ID=84115236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211330617.0A Active CN115392280B (zh) 2022-10-28 2022-10-28 一种基于混响理论提高电子标签识别率的方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115392280B (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2706759A1 (en) * 2007-11-26 2009-06-04 Lawrence J. Karr Anti-tamper cargo container locator system
US10585971B2 (en) * 2013-08-19 2020-03-10 The Boeing Company Quality factor estimation of a reverberant cavity
CN105488446B (zh) * 2015-11-27 2018-07-24 深圳市利谱信息技术有限公司 一种密闭金属环境下rfid多标签识别系统和方法
CN108132390B (zh) * 2017-12-21 2020-06-19 中国舰船研究设计中心 一种提升混响室内场强和模拟复合场电磁环境的方法及系统
CN111337786B (zh) * 2020-04-24 2023-02-24 中国人民解放军63892部队 一种提高混响室场均匀性的线搅拌器设计方法
CN112485538B (zh) * 2020-11-03 2022-12-20 飞特质科(北京)计量检测技术有限公司 一种提高混响室射频辐射敏感度校验精度的系统
CN114609464A (zh) * 2022-04-07 2022-06-10 南京容测检测技术有限公司 电容增强混响室

Also Published As

Publication number Publication date
CN115392280A (zh) 2022-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zahra et al. A 28 GHz broadband helical inspired end-fire antenna and its MIMO configuration for 5G pattern diversity applications
EP1892844B1 (en) System for minimising coupling nulls
JP4944044B2 (ja) 集積アンテナのレーダ断面積を減少する方法及び構成
Pappula et al. Synthesis of linear aperiodic array using Cauchy mutated cat swarm optimization
Sharaqa et al. Position‐only side lobe reduction of a uniformly excited elliptical antenna array using evolutionary algorithms
CN115392280B (zh) 一种基于混响理论提高电子标签识别率的方法及系统
JP2009219112A (ja) モノポール・アンテナを用いたｒｆｉｄタグ
Kaur et al. SRR and rectangular stubs loaded novel fractal antenna realization for multiband wireless applications
Vallappil et al. A compact triple-band UWB inverted triangular antenna with dual-notch band characteristics using SSRR metamaterial structure for use in next-generation wireless systems
Abdullah et al. Surrogate-assisted design of checkerboard metasurface for broadband radar cross-section reduction
Levin Antenna Engineering: Theory and Problems
Luo et al. Optimum design of both linear and planar sparse arrays with sidelobe level reduction using salp swarm algorithm
Sharif et al. Bio-Inspired Circular-Polarized UHF RFID Tag Design Using Characteristic Mode Analysis
Aye et al. Rectangular microstrip patch antenna array for RFID application using 2.45 GHz frequency range
CN202871965U (zh) 一种rfid标签天线
CN203180075U (zh) 基于非对称缝隙的rfid标签天线
Xiao zheng et al. A compact RFID reader antenna for UHF near‐field and far‐field operations
CN103730714A (zh) 一种rfid标签天线
Bauer-Reich et al. Low-profile, high-permeability antennaless RFID tags for use on metal objects
Petrariu et al. Metal mountable microstrip patch UHF RFID tag antenna
Yeo et al. Antennas for a battery‐assisted RFID tag with thin and flexible film batteries
Wu et al. Wideband printed antenna design using a shape blending algorithm
Barlevy et al. Control of resonant bandwidth in frequency‐selective surfaces by tilting the periodic elements
Farahbakhsh et al. Design of metallic parabolic anechoic chamber for compact range measurement
Choo et al. Design of a ceiling‐mounted reader antenna to maximize the readable volume coverage ratio for an indoor UHF RFID application

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant