本發(fā)明涉及無天線射頻電子標(biāo)簽及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

射頻識(shí)別（RFID）是一種無線通信技術(shù)，可以通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO) 制定的ISO/IEC 18000 系列標(biāo)準(zhǔn)，射頻識(shí)別技術(shù)UHF系統(tǒng)主要工作在902-928 MHz,中國范圍頻段為840-845 MHz和920-925 MHz,而歐洲頻段為865-867MHz。無源RFID系統(tǒng)具有低成本、高通信速率、多標(biāo)簽識(shí)別等諸多優(yōu)勢(shì)尤為受產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注，是公認(rèn)的最具應(yīng)用潛力的RFID 技術(shù)，現(xiàn)已在物流運(yùn)輸、服裝、倉儲(chǔ)管理、圖書等資產(chǎn)及設(shè)備管理領(lǐng)域得到非常成功的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的標(biāo)簽天線具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制造方便的特點(diǎn)。然而，對(duì)于普通無源超高頻標(biāo)簽,當(dāng)其貼在金屬表面時(shí),由于標(biāo)簽天線的阻抗匹配、配輻射效率、方向性都發(fā)生了改變，標(biāo)簽的讀取距離迅速降低,甚至難以被讀取。傳統(tǒng)的抗金屬標(biāo)簽通常采用微帶天線形式，而微帶天線雖然增益較高，但標(biāo)簽天線制造較復(fù)雜，尺寸較大，帶寬較窄，不易實(shí)現(xiàn)與芯片的共軛匹配。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無天線射頻電子標(biāo)簽及其設(shè)計(jì)方法，通過設(shè)計(jì)特定的激勵(lì)結(jié)構(gòu)，放置于金屬物體表面或嵌入金屬的特定位置，用以激勵(lì)起金屬的特定模式電流，來實(shí)現(xiàn)激勵(lì)結(jié)構(gòu)和金屬物體一體式的有效輻射。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

無天線射頻電子標(biāo)簽，其特征在于：包括金屬物體和激勵(lì)結(jié)構(gòu)，所述的激勵(lì)結(jié)構(gòu)非破壞性地放置于金屬物體表面或嵌入金屬物體內(nèi)部，所述的激勵(lì)結(jié)構(gòu)用于激勵(lì)金屬物體本身的輻射特性；所述的激勵(lì)結(jié)構(gòu)包括電子標(biāo)簽。

所述的激勵(lì)結(jié)構(gòu)包括電容性耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)和電感性耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)，所述的電容性耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)通過電場(chǎng)耦合激勵(lì)，所述的電感性耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)將通過磁場(chǎng)耦合激勵(lì)。

所述的電容性耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)放置于金屬物體的特征模式電場(chǎng)較大的位置，也就是特征模式電流較小的位置；所述的電感性耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)放置于金屬物體的磁場(chǎng)較大的位置，也就是特征模式電流幅度較大的位置。

所述的激勵(lì)結(jié)構(gòu)的放置，使得激勵(lì)結(jié)構(gòu)所耦合的電場(chǎng)與所要激勵(lì)的金屬物體的模式電場(chǎng)方向的夾角在第一閾值內(nèi)，或者使得耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)所耦合的磁場(chǎng)與所要激勵(lì)的金屬物體的模式磁場(chǎng)方向的夾角在第二閾值內(nèi)。

所述的嵌入金屬物體內(nèi)部為通過開槽/挖孔的方式將激勵(lì)結(jié)構(gòu)嵌入金屬物體內(nèi)部。

無天線射頻電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

S1：對(duì)耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)所要放置的金屬物體進(jìn)行特征模式的分析，所述的分析包括計(jì)算金屬物體在所需頻率范圍的特征值、特征模式電流和遠(yuǎn)場(chǎng)模式電場(chǎng)方向圖；其中特征值的大小表征金屬物體本身固有屬性，體現(xiàn)某一特征模式的相應(yīng)的輻射能力的強(qiáng)弱，特征值絕對(duì)值越小表示輻射能力越大，特征值絕對(duì)值越大表示輻射能力越?。?/p>

S2：根據(jù)頻率和遠(yuǎn)場(chǎng)模式電場(chǎng)方向圖的需求，選取要激勵(lì)的一種或者多種的特征模式電流；

S3：選擇激勵(lì)的方式，如果選擇為磁場(chǎng)激勵(lì)方式則進(jìn)入步驟S4，如果選擇為電場(chǎng)激勵(lì)方式則進(jìn)入步驟S5；

S4：設(shè)計(jì)所需的電感性耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)，將電感性耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)放置于金屬物體模式磁場(chǎng)較大的位置，在激勵(lì)結(jié)構(gòu)和金屬物體共同作用下實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別；

S5：設(shè)計(jì)所需的電容性耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)，將電容性耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)放置于金屬物體模式電場(chǎng)較大的位置，在激勵(lì)結(jié)構(gòu)和金屬物體共同作用下實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別。

在步驟S1中，選取頻率范圍內(nèi)特征值相對(duì)較小的特征模式進(jìn)行分析。

在步驟S4和S5中，激勵(lì)結(jié)構(gòu)放置時(shí)應(yīng)使其所耦合的電場(chǎng)或磁場(chǎng)方向要與所要激勵(lì)的金屬物體的模式電場(chǎng)或磁場(chǎng)方向一致。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明非破壞性的設(shè)計(jì)一些特定的激勵(lì)結(jié)構(gòu)，放置于金屬物體表面或嵌入金屬內(nèi)部的一些特定位置，用以激勵(lì)起金屬結(jié)構(gòu)的特定模式電流，來實(shí)現(xiàn)激勵(lì)結(jié)構(gòu)和金屬物體的有效輻射。此標(biāo)簽加工簡(jiǎn)單，成本低廉，作用距離遠(yuǎn)，激勵(lì)結(jié)構(gòu)可反復(fù)使用，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，標(biāo)簽隱蔽美觀，具有抗金屬特性，讀寫距離遠(yuǎn)，穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的三維視圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的俯視圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的三維視圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的俯視圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例2的側(cè)視圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例3的三維視圖；

圖中，1-介質(zhì)板，2-芯片，3-金屬銅帶，4-陶瓷，5-第三激勵(lì)結(jié)構(gòu)，6-長(zhǎng)方金屬物體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

激勵(lì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可采用電容性激勵(lì)或者電感性激勵(lì)兩種方式，其作用一方面實(shí)現(xiàn)與芯片的電抗性共軛匹配，使芯片獲得最大的能量傳輸；另一方面，激勵(lì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬物體表面電流的有效激勵(lì)，電容性激勵(lì)結(jié)構(gòu)通過電場(chǎng)來耦合激勵(lì)，電感性激勵(lì)通過磁場(chǎng)來耦合激勵(lì)。

首先對(duì)金屬物體進(jìn)行特征模式電流分析，得到在所需頻段內(nèi)具有輻射能力的特征模式電流和模式電場(chǎng)及其遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，根據(jù)輻射方向圖需求選擇所需的一種或幾種模式進(jìn)行激勵(lì)，再根據(jù)金屬物體的模式電流的近場(chǎng)分布圖，將電容性激勵(lì)結(jié)構(gòu)放置于近場(chǎng)電場(chǎng)較大的位置實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)激勵(lì)，電感性激勵(lì)結(jié)構(gòu)放置于磁場(chǎng)較大的地方來實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的耦合激勵(lì)。

圖1為設(shè)計(jì)無天線射頻電子標(biāo)簽的基本流程。

其中，對(duì)金屬物體的特征模式分析包括計(jì)算金屬物體在所需頻段的特征值、模式電流和遠(yuǎn)場(chǎng)模式電場(chǎng)方向圖，其中特征值大小表征金屬物體本身固有屬性，體現(xiàn)了某一模式的相應(yīng)的輻射能力的強(qiáng)弱，特征值絕對(duì)值越小表示輻射能力越大，特征值絕對(duì)值越大表示輻射能力越小，因此要選取頻率范圍內(nèi)特征值相對(duì)較小的模式。

金屬模式磁場(chǎng)最大處對(duì)應(yīng)模式電流的最大處，而金屬模式電場(chǎng)最大處對(duì)應(yīng)模式電流的最小的地方，激勵(lì)結(jié)構(gòu)放置時(shí)應(yīng)使其所耦合的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）方向要盡可能與所要激勵(lì)的金屬的模式電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）方向一致。

由于芯片的阻抗呈容抗性，因此電感性激勵(lì)結(jié)構(gòu)相對(duì)于電容性激勵(lì)結(jié)構(gòu)更容易與芯片阻抗實(shí)現(xiàn)共軛匹配，使用相對(duì)更方便一些。

實(shí)施例1是一種電容性激勵(lì)結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3所示，可選用較高介電常數(shù)，低損耗的材料加工而成，此種結(jié)構(gòu)主要用于片狀平面開放金屬結(jié)構(gòu)上。在本實(shí)施例中，很薄的介質(zhì)板1上的銅熔掉后形成槽放置RFID芯片2，介質(zhì)板1與RFID芯片2的下端面均放置于金屬銅帶3上。激勵(lì)結(jié)構(gòu)放置在金屬表面邊緣的模式電流較小處，貼附在金屬表面的下表面或者上表面處。

實(shí)施例2是一種電感性激勵(lì)結(jié)構(gòu)圖，如圖4、圖5和圖6，其作用相當(dāng)于一個(gè)耦合線圈。在本實(shí)施例中，可選用高介電常數(shù)，低損耗的材料4加工而成，金屬銅帶3圍繞材料4一圈，金屬銅帶3的兩端連接處放置有RFID芯片2。激勵(lì)結(jié)構(gòu)放置位置為金屬表面所需激勵(lì)的模式電流較大處，并且要使模式磁場(chǎng)方向垂直穿過耦合線圈，以獲得最大的能量耦合，同時(shí)要調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸使其與芯片實(shí)現(xiàn)共軛匹配。此種結(jié)構(gòu)具有一定的通用性，可使用范圍較廣。

實(shí)施例3 是一種將電感性激勵(lì)結(jié)構(gòu)嵌入金屬物體的結(jié)構(gòu)圖，如圖7所示，第三激勵(lì)結(jié)構(gòu)5采用實(shí)施例2中的結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)方金屬物體6特征模式電流最大的地方開槽，將第三激勵(lì)結(jié)構(gòu)5嵌入到金屬物體，激勵(lì)起金屬物體的特征模式電流以實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別，該結(jié)構(gòu)對(duì)標(biāo)簽具有一定的保護(hù)作用，隱蔽美觀。