一種可貼於金屬表面的小體積遠距離無源電子標籤的製作方法

2023-12-09 14:41:46

專利名稱：一種可貼於金屬表面的小體積遠距離無源電子標籤的製作方法
技術領域：
本發明涉及到一種無源電子標籤，特別是涉及到一種可貼於金屬表面的小體積遠 距離無源電子標籤。
背景技術：
射頻識別技術(RFID)以識別速度快、精度高、無需接觸、環境適應性強等特點而受 到貨櫃運輸業的青睞，得到了快速發展，並逐漸運用到交通運輸、航空包裹管理、後勤管 理、生產線自動控制、門禁管理、物料處理、醫療等「物聯網」領域。射頻識別系統主要由四 部分組成，即電子標籤、讀寫器及其天線和計算機(智能控制器)。根據電子標籤工作時的供 電方式不同，可以將電子標籤分為無源、半無源和有源電子標籤，本電子標籤屬無源電子標 籤，其典型結構是由標籤晶片、標籤天線和標籤基片三部分組成。現有的UHF超高頻電子標籤，有的雖可以貼於金屬表面，但識別距離較近，在一些 應用領域如「物聯網」中的軍事和工業物流管理等，要求UHF電子標籤既能安裝於金屬表面 如貨櫃、具有防彈或防爆的前擋風玻璃表面、金屬航空材料、武器裝備等，同時還要求體 積小(小於60 X 15 X IOmm),識別距離遠(如大於3m)，現有的電子標籤難以同時達到這些指 標要求。

發明內容
本發明的目的即在於克服現有技術的不足，提供一種可貼於金屬表面的小體積遠 距離無源電子標籤，以滿足體積小、遠距離識別和可貼於金屬表面等應用要求。一種可貼於金屬表面的小體積遠距離無源電子標籤，它包括包裝盒、隔離器、墊 塊、基片和射頻識別晶片，隔離器固定在包裝盒的底座上，基片置於隔離器上面，基片和隔 離器之間設有墊塊，包裝盒用蓋板密封，晶片牢固地粘貼在標籤的基片上，基片上還布置有 微帶天線和匹配電路，晶片的兩個電極分別通過匹配電路與微帶天線連接。隔離器起著隔離金屬表面對電子標籤的影響和縮小其體積的作用，因為如果將電 子標籤直接貼附於金屬表面上時，由於金屬表面對入射電磁波的「短路」，使電子標籤無法 正常工作；如果設計不當，由於金屬表面對入射電磁波的反射作用，將會有較強的反方向 電磁波也穿過電子標籤，入射波與反射波疊加，形成合成場信號，電子標籤與金屬表面的間 距直接影響兩者的相位差，如果此間距設計不當，兩者的合成場信號將會抵消一部分，強度 也會大大削弱，嚴重影響讀寫器對電子標籤的讀取距離，甚至無法讀取電子標籤上的數據。 消除金屬面影響的解決方法是增加電子標籤的微帶天線和金屬面之間的間距，隨著間距的 增加，合成場信號矢量將逐漸增強，當此間距增加到波長的1/4時，合成場信號矢量達到最 大，微帶天線增益可增加約3dB。很多應用，不允許電子標籤的體積太大。所以，電子標籤的 厚度受到限制。採用隔離器這樣的關鍵設計，可以大大減小金屬表面對電子標籤的影響，達 到提高讀寫距離和縮小電子標籤與金屬面之間的間距，從而縮小體積的雙重功效，為此，我 們選擇特殊的高性能吸波材料作為隔離器。
所述的匹配電路為由正反交替的梯形微帶線連接組成的微帶天線電路，梯形的腰 為45°。由於電子標籤天線特性受所安裝物體的形狀及物理特性、標籤到貼標籤物體的距 離、標籤所安裝物體表面的介電常數、金屬表面的反射及隔離介質參數等的影響，將普通的 標籤貼附於金屬面時，原來匹配的天線變得不再匹配了。天線設計的目標是傳輸最大的能 量進出，天線匹配程度越高，天線的輻射性能越好。這需要精心設計微帶天線及其與晶片的 匹配電路、微帶天線與金屬表面的間距、隔離器及其材料的選擇。UHF波頻段的電子標籤天 線一般採用微帶天線形式，在傳統的微帶天線設計中，我們可以通過控制天線尺寸和結構， 或者使用阻抗匹配轉換器使其輸入阻抗與饋線相匹配。而大規模生產的電子標籤，很難測 量其工作狀態下的晶片阻抗的準確數據；其輸入阻抗、方向圖等特性容易受到加工精度、介 質板純度的影響。在保持天線性能的同時，使天線與晶片阻抗相匹配，兼顧金屬面的影響， 這是可貼於金屬表面電子標籤天線設計的一個主要難點，而本發明設計的由正反交替的梯 形微帶線連接組成的微帶線路構成的匹配電路，其梯形的腰為45°，則創造性地攻克了這 —難題。所述的微帶天線為非對稱天線，非對稱天線的作用是進一步縮小電子標籤的體 積。在基片和隔離器之間設有墊塊，墊塊的厚度增減，用來調整電子標籤的入射電磁波反射 電磁波的相位，保證兩種電磁波信號強度疊加，而不是相減。所述的微帶天線為折彎天線，折彎也是為了縮小電子標籤的體積。本發明的有益效果是電子標籤可貼於金屬表面，其體積小，距離識別遠，遠高於 同等體積下現有電子標籤的識別距離，適用於空間受限的金屬車體、貨櫃、具有防彈防爆 的前擋風玻璃、金屬航空材料和武器裝備等應用領域。


圖1本發明側視剖視圖 圖2基片上的電路結構圖 圖3本發明的工作流程圖
圖中，1-隔離器，2-底座，3-包裝盒，4-蓋板，5-晶片，6-基片，7-墊塊，8-匹配電路， 9-微帶天線。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步描述
如圖1，一種可貼於金屬表面的小體積遠距離無源電子標籤，它包括包裝盒3、隔離器 1、墊塊7、基片6和晶片5，隔離器1固定在包裝盒3的底座2上，包裝盒3用蓋板4密封， 基片6置於隔離器1上面，基片6和隔離器1之間用多個墊塊7隔開，晶片5牢固地粘貼在 基片6上。如圖2，基片6上布置有微帶天線9和匹配電路8，晶片5的兩個電極分別通過匹 配電路8與微帶天線9連接，匹配電路8為微帶線路，由正反交替並且腰為45°的梯形微帶 線連接組成，微帶天線9為非對稱的折彎天線，晶片5由整流器、調製器、解調器以及具有處 理數據邏輯和存儲功能的數字電路組成。如圖3，本發明的工作原理如下RFID系統的讀寫器經天線發射已調射頻信號；本發明所述的電子標籤隨載體進入RFID系統的讀寫器及其天線的作用範圍時，通過微帶天 線接收到已調射頻信號，晶片中的整流器將已調射頻信號的射頻能量的一部分轉換成直流 能量，為基片上標籤晶片電路供電，晶片解調器從已調射頻信號解調出數據和時鐘信號，芯 片存儲器將其存儲的相關數據信息(包括ID號)傳給調製器調製電子標籤回傳的應答信 號；電子標籤通過微帶天線將應答信號傳輸給讀寫器；讀寫器經天線接收到應答信號，經 解調和解碼後，送給計算機，計算機從中提取相關數據信息(包括ID號)，同時加上RFID應 用系統的地點及標籤通過的時間等，通過通信網絡傳到應用系統的信息管理中心，這樣完 成了 RFID應用系統與標籤之間的數據信息交換。本發明的電子標籤工作於920. 5-924. 5MHZ，其存儲容量為1024bit，其中96bit存 有全世界唯一的ID號；它可以貼於金屬表面，不用電池供電，壽命可達10年，其體積比較 小，只有53 X 10 X 7mm3,識別距離遠，在讀寫器發射峰值功率含1W、讀寫器天線增益1 Idb條 件下，其識讀距離大於5米；如將體積增大為234X16X18mm3，其識讀距離可達24m以上(用戶 實測為37. 5m)。下面結合試驗數據來進一步說明本發明的技術效果，其中，試驗用的讀寫器為 UAP2100讀寫器，天線為PA3110平板線極化天線，計算機為1580聯想昭陽計算機，高溫試驗 箱為DGF3006高溫試驗箱，低溫試驗箱為WD7050低溫試驗箱，電動振動系統為V810電動振 動系統，試驗結果如下表
表中，1 5號電子標籤的體積均為53X10X8mm3，從表中可以看出本發明在頻率 902MHZ-928MHZ範圍內，識別距離在5m以上，在_25°C保持半小時然後再在+40°C保持半小 時後，以及經受高強度的振動後，仍然工作正常，說明本發明性能十分穩定。
權利要求
1.一種可貼於金屬表面的小體積遠距離無源電子標籤，其特徵是它包括包裝盒(3)、 隔離器(1)、墊塊(7)、基片(6)和射頻識別晶片(5)，隔離器(1)固定在包裝盒(3)的底座 (2)上，基片(6)置於隔離器(1)上面，基片(6)和隔離器(1)之間設有墊塊(7)，包裝盒(3) 用蓋板(4)密封，晶片(5)牢固地粘貼在基片(6)上，基片(6)上還布置有微帶天線(9)和 匹配電路(8 )，晶片(5 )的兩個電極分別通過匹配電路(8 )與微帶天線(9 )連接。
2.根據權利要求1所述的一種可貼於金屬表面的小體積遠距離無源電子標籤，其特徵 是所述的匹配電路(8)為由正反交替的梯形微帶線連接組成的微帶線路。
3.根據權利要求1和2所述的一種可貼於金屬表面的小體積遠距離無源電子標籤，其 特徵是所述的梯形微帶線的腰為45°。
4.根據權利要求1所述的一種可貼於金屬表面的小體積遠距離無源電子標籤，其特徵 是所述的微帶天線(9)為非對稱半波振子天線。
5.根據權利要求1所述的一種可貼於金屬表面的小體積遠距離無源電子標籤，其特徵 是所述的微帶天線(9)的兩臂除匹配電路外，其餘為折彎線。
6.根據權利要求1所述的一種可貼於金屬表面的小體積遠距離無源電子標籤，其特徵 是所述的隔離器所用的材料為高性能吸波材料。
全文摘要
本發明公開了一種可貼於金屬表面的小體積遠距離無源電子標籤，它包括包裝盒(3)、隔離器(1)、墊塊(7)、基片(6)和晶片(5)，隔離器(1)固定在包裝盒(3)的底座(2)上，基片(6)置於隔離器(1)上面，基片(6)和隔離器(1)之間用墊塊(7)隔開，包裝盒(3)用蓋板(4)密封，晶片(5)牢固地粘貼在基片(6)上，基片(6)上還布置有微帶天線(9)和匹配電路(8)，晶片(5)的兩個電極分別通過匹配電路(8)與微帶天線(9)連接。本發明具有體積小、識別距離遠和可貼於金屬表面等優點，可以應用在金屬車體、貨櫃、具有防彈防爆的前擋風玻璃、金屬航空材料和武器裝備等載體上。
文檔編號G06K19/07GK102004937SQ20101056383
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者葉飛, 徐如臻, 李元忠, 楊波, 蔡宗聯, 鄒培雄, 郭蘭英, 韓寧, 馬勇 申請人:四川新源現代智能科技有限公司