專利名稱：一種可貼于金屬表面的小體積遠(yuǎn)距離無源電子標(biāo)簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種無源電子標(biāo)簽，特別是涉及到一種可貼于金屬表面的小體積遠(yuǎn) 距離無源電子標(biāo)簽。
背景技術(shù)：
射頻識別技術(shù)(RFID)以識別速度快、精度高、無需接觸、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)而受 到集裝箱運(yùn)輸業(yè)的青睞，得到了快速發(fā)展，并逐漸運(yùn)用到交通運(yùn)輸、航空包裹管理、后勤管 理、生產(chǎn)線自動控制、門禁管理、物料處理、醫(yī)療等“物聯(lián)網(wǎng)”領(lǐng)域。射頻識別系統(tǒng)主要由四 部分組成，即電子標(biāo)簽、讀寫器及其天線和計(jì)算機(jī)(智能控制器)。根據(jù)電子標(biāo)簽工作時的供 電方式不同，可以將電子標(biāo)簽分為無源、半無源和有源電子標(biāo)簽，本電子標(biāo)簽屬無源電子標(biāo) 簽，其典型結(jié)構(gòu)是由標(biāo)簽芯片、標(biāo)簽天線和標(biāo)簽基片三部分組成?，F(xiàn)有的UHF超高頻電子標(biāo)簽，有的雖可以貼于金屬表面，但識別距離較近，在一些 應(yīng)用領(lǐng)域如“物聯(lián)網(wǎng)”中的軍事和工業(yè)物流管理等，要求UHF電子標(biāo)簽既能安裝于金屬表面 如集裝箱、具有防彈或防爆的前擋風(fēng)玻璃表面、金屬航空材料、武器裝備等，同時還要求體 積小(小于60 X 15 X IOmm),識別距離遠(yuǎn)(如大于3m)，現(xiàn)有的電子標(biāo)簽難以同時達(dá)到這些指 標(biāo)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可貼于金屬表面的小體積遠(yuǎn) 距離無源電子標(biāo)簽，以滿足體積小、遠(yuǎn)距離識別和可貼于金屬表面等應(yīng)用要求。一種可貼于金屬表面的小體積遠(yuǎn)距離無源電子標(biāo)簽，它包括包裝盒、隔離器、墊 塊、基片和射頻識別芯片，隔離器固定在包裝盒的底座上，基片置于隔離器上面，基片和隔 離器之間設(shè)有墊塊，包裝盒用蓋板密封，芯片牢固地粘貼在標(biāo)簽的基片上，基片上還布置有 微帶天線和匹配電路，芯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(biāo)簽的影響和縮小其體積的作用，因?yàn)槿绻麑㈦?子標(biāo)簽直接貼附于金屬表面上時，由于金屬表面對入射電磁波的“短路”，使電子標(biāo)簽無法 正常工作；如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，由于金屬表面對入射電磁波的反射作用，將會有較強(qiáng)的反方向 電磁波也穿過電子標(biāo)簽，入射波與反射波疊加，形成合成場信號，電子標(biāo)簽與金屬表面的間 距直接影響兩者的相位差，如果此間距設(shè)計(jì)不當(dāng)，兩者的合成場信號將會抵消一部分，強(qiáng)度 也會大大削弱，嚴(yán)重影響讀寫器對電子標(biāo)簽的讀取距離，甚至無法讀取電子標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)。 消除金屬面影響的解決方法是增加電子標(biāo)簽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(qiáng)，當(dāng)此間距增加到波長的1/4時，合成場信號矢量達(dá)到最 大，微帶天線增益可增加約3dB。很多應(yīng)用，不允許電子標(biāo)簽的體積太大。所以，電子標(biāo)簽的 厚度受到限制。采用隔離器這樣的關(guān)鍵設(shè)計(jì)，可以大大減小金屬表面對電子標(biāo)簽的影響，達(dá) 到提高讀寫距離和縮小電子標(biāo)簽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°。由于電子標(biāo)簽天線特性受所安裝物體的形狀及物理特性、標(biāo)簽到貼標(biāo)簽物體的距 離、標(biāo)簽所安裝物體表面的介電常數(shù)、金屬表面的反射及隔離介質(zhì)參數(shù)等的影響，將普通的 標(biāo)簽貼附于金屬面時，原來匹配的天線變得不再匹配了。天線設(shè)計(jì)的目標(biāo)是傳輸最大的能 量進(jìn)出，天線匹配程度越高，天線的輻射性能越好。這需要精心設(shè)計(jì)微帶天線及其與芯片的 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(biāo)簽天 線一般采用微帶天線形式，在傳統(tǒng)的微帶天線設(shè)計(jì)中，我們可以通過控制天線尺寸和結(jié)構(gòu)， 或者使用阻抗匹配轉(zhuǎn)換器使其輸入阻抗與饋線相匹配。而大規(guī)模生產(chǎn)的電子標(biāo)簽，很難測 量其工作狀態(tài)下的芯片阻抗的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)；其輸入阻抗、方向圖等特性容易受到加工精度、介 質(zhì)板純度的影響。在保持天線性能的同時，使天線與芯片阻抗相匹配，兼顧金屬面的影響， 這是可貼于金屬表面電子標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)的一個主要難點(diǎn)，而本發(fā)明設(shè)計(jì)的由正反交替的梯 形微帶線連接組成的微帶線路構(gòu)成的匹配電路，其梯形的腰為45°，則創(chuàng)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(jìn)一步縮小電子標(biāo)簽的體 積。在基片和隔離器之間設(shè)有墊塊，墊塊的厚度增減，用來調(diào)整電子標(biāo)簽的入射電磁波反射 電磁波的相位，保證兩種電磁波信號強(qiáng)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(biāo)簽的體積。本發(fā)明的有益效果是電子標(biāo)簽可貼于金屬表面，其體積小，距離識別遠(yuǎn)，遠(yuǎn)高于 同等體積下現(xiàn)有電子標(biāo)簽的識別距離，適用于空間受限的金屬車體、集裝箱、具有防彈防爆 的前擋風(fēng)玻璃、金屬航空材料和武器裝備等應(yīng)用領(lǐng)域。


圖1本發(fā)明側(cè)視剖視圖 圖2基片上的電路結(jié)構(gòu)圖 圖3本發(fā)明的工作流程圖
圖中，1-隔離器，2-底座，3-包裝盒，4-蓋板，5-芯片，6-基片，7-墊塊，8-匹配電路， 9-微帶天線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步描述
如圖1，一種可貼于金屬表面的小體積遠(yuǎn)距離無源電子標(biāo)簽，它包括包裝盒3、隔離器 1、墊塊7、基片6和芯片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置于隔離器1上面，基片6和隔離器1之間用多個墊塊7隔開，芯片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，芯片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，由正反交替并且腰為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，芯片5由整流器、調(diào)制器、解調(diào)器以及具有處 理數(shù)據(jù)邏輯和存儲功能的數(shù)字電路組成。如圖3，本發(fā)明的工作原理如下RFID系統(tǒng)的讀寫器經(jīng)天線發(fā)射已調(diào)射頻信號；本發(fā)明所述的電子標(biāo)簽隨載體進(jìn)入RFID系統(tǒng)的讀寫器及其天線的作用范圍時，通過微帶天 線接收到已調(diào)射頻信號，芯片中的整流器將已調(diào)射頻信號的射頻能量的一部分轉(zhuǎn)換成直流 能量，為基片上標(biāo)簽芯片電路供電，芯片解調(diào)器從已調(diào)射頻信號解調(diào)出數(shù)據(jù)和時鐘信號，芯 片存儲器將其存儲的相關(guān)數(shù)據(jù)信息(包括ID號)傳給調(diào)制器調(diào)制電子標(biāo)簽回傳的應(yīng)答信 號；電子標(biāo)簽通過微帶天線將應(yīng)答信號傳輸給讀寫器；讀寫器經(jīng)天線接收到應(yīng)答信號，經(jīng) 解調(diào)和解碼后，送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)從中提取相關(guān)數(shù)據(jù)信息(包括ID號)，同時加上RFID應(yīng) 用系統(tǒng)的地點(diǎn)及標(biāo)簽通過的時間等，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳到應(yīng)用系統(tǒng)的信息管理中心，這樣完 成了 RFID應(yīng)用系統(tǒng)與標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)信息交換。本發(fā)明的電子標(biāo)簽工作于920. 5-924. 5MHZ，其存儲容量為1024bit，其中96bit存 有全世界唯一的ID號；它可以貼于金屬表面，不用電池供電，壽命可達(dá)10年，其體積比較 小，只有53 X 10 X 7mm3,識別距離遠(yuǎn)，在讀寫器發(fā)射峰值功率含1W、讀寫器天線增益1 Idb條 件下，其識讀距離大于5米；如將體積增大為234X16X18mm3，其識讀距離可達(dá)24m以上(用戶 實(shí)測為37. 5m)。下面結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)效果，其中，試驗(yàn)用的讀寫器為 UAP2100讀寫器，天線為PA3110平板線極化天線，計(jì)算機(jī)為1580聯(lián)想昭陽計(jì)算機(jī)，高溫試驗(yàn) 箱為DGF3006高溫試驗(yàn)箱，低溫試驗(yàn)箱為WD7050低溫試驗(yàn)箱，電動振動系統(tǒng)為V810電動振 動系統(tǒng)，試驗(yàn)結(jié)果如下表
表中，1 5號電子標(biāo)簽的體積均為53X10X8mm3，從表中可以看出本發(fā)明在頻率 902MHZ-928MHZ范圍內(nèi)，識別距離在5m以上，在_25°C保持半小時然后再在+40°C保持半小 時后，以及經(jīng)受高強(qiáng)度的振動后，仍然工作正常，說明本發(fā)明性能十分穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種可貼于金屬表面的小體積遠(yuǎn)距離無源電子標(biāo)簽，其特征是它包括包裝盒(3)、 隔離器(1)、墊塊(7)、基片(6)和射頻識別芯片(5)，隔離器(1)固定在包裝盒(3)的底座 (2)上，基片(6)置于隔離器(1)上面，基片(6)和隔離器(1)之間設(shè)有墊塊(7)，包裝盒(3) 用蓋板(4)密封，芯片(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 )，芯片(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(jù)權(quán)利要求1所述的一種可貼于金屬表面的小體積遠(yuǎn)距離無源電子標(biāo)簽，其特征 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(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種可貼于金屬表面的小體積遠(yuǎn)距離無源電子標(biāo)簽，其 特征是所述的梯形微帶線的腰為45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可貼于金屬表面的小體積遠(yuǎn)距離無源電子標(biāo)簽，其特征 是所述的微帶天線(9)為非對稱半波振子天線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可貼于金屬表面的小體積遠(yuǎn)距離無源電子標(biāo)簽，其特征 是所述的微帶天線(9)的兩臂除匹配電路外，其余為折彎線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可貼于金屬表面的小體積遠(yuǎn)距離無源電子標(biāo)簽，其特征 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(fā)明公開了一種可貼于金屬表面的小體積遠(yuǎn)距離無源電子標(biāo)簽，它包括包裝盒(3)、隔離器(1)、墊塊(7)、基片(6)和芯片(5)，隔離器(1)固定在包裝盒(3)的底座(2)上，基片(6)置于隔離器(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，芯片(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)，芯片(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(fā)明具有體積小、識別距離遠(yuǎn)和可貼于金屬表面等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用在金屬車體、集裝箱、具有防彈防爆的前擋風(fēng)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(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者葉飛, 徐如臻, 李元忠, 楊波, 蔡宗聯(lián), 鄒培雄, 郭蘭英, 韓寧, 馬勇 申請人:四川新源現(xiàn)代智能科技有限公司