[发明专利]一种可折叠皮亚诺分形抗金属超高频RFID电子标签

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高频（860～960MHz）电子标签，具体涉及一种可折叠皮亚诺分形抗金属超高频RFID电子标签。

背景技术

Radio frequency identification（RFID）射频识别技术是一种利用射频技术实现的非接触式自动识别技术。RFID系统一般由电子标签（tag）和读写器（reader）两个主要部分组成；通过附有编码的标签及其标签上附有的天线，读写器与标签进行非接触的高速数据传输和完成自动识别过程。工作在超高频段（UHF，860～960MHz）的读写器对标签信息读取具有距离远、目标多、和动态等优点。近年来随着工业自动化和商业物流领域的飞速发展，RFID在物流仓储、零售管理、资产追踪、油田、航空、公共交通和身份认证等方面获得广泛的应用。

超高频射频识别系统（UHF RFID）通常需要在复杂电磁环境下服役，特别是当环境中存在金属和液体（含雨、雾等气候条件）时，将对系统产生电磁干扰或电磁吸收等诸多问题，进而限制了系统的进一步推广和应用。UHF RFID系统的读写器和电子标签之间的射频信号耦合类型是电磁反向散射耦合，读写器发射出去的电磁波到达目标标签后被标签附有的天线反射，同时携带回标签的电磁信息。根据电磁波的空间传播规律，在UHF频段空气对电磁能量下降的不是很快，读取距离比较远（无源标签一般可达十米或甚至更远）。

当标签工作在金属物体表面时，电磁波到达目标标签后被有少部分被标签的天线金属表面发射回去，而大部分电磁波将在金属表面附近形成电磁辐射场；该场的磁场部分只存在切向的分量而没有法向的分量，在金属表面产生的磁通量并引起感应涡流；根据楞次定律感应涡流对读写器的辐射场起的相反作用，由此导致磁场在金属表面上迅速衰减，从而无法达到激活芯片的所需要的最低功率阈值，造成标签无法被读取。此外，由于金属引起的电磁辐射造成的能源损耗还将引起额外的寄生电容，从而造成读写器和标签天线电磁耦合系统的失谐，破坏系统的性能。在某些频段，被金属反射回来的能量甚至还可能在标签和读写器之间形成干扰。因此，当标签工作在金属物体表面时，标签天线的阻抗匹配、辐射效率、方向性等电磁参数都发生了变化，标签的读取距离迅速降低，甚至难以被读写器读取。同样，当标签工作在液体如液体饮料、酒精以及瓶装液体药品等环境中，读写器发射的电磁能量将被液体大量吸收并将导致系统无法正常工作。为此，需要进一步提高金属环境和液体环境工作的UHF RFID标签系统的性能。

为了解决上述问题，目前大致有如下三类方案：1）通过增加额外的抗金属机构方案：如专利CN2010479949Y通过调整标签天线与金属表面的距离来实现电子标签的抗金属性能；专利CN103473586A通过天线与基板之间增加有机玻璃，天线至标签基板背面的高度为1～7mm；专利US20090160653和US20120305652A所描述的铝氧化物微波陶瓷RFID抗金属标签；2）在天线背部粘贴吸波材料薄片来抑制金属物体和金属表面对标签的性能的影响：如专利CN103295049A所述的一种柔性超高频抗金属电子标签；专利CN203149620U所述超薄吸波材料超高频电子标签和美国专利US8342402B2以及US7741972B2所述的三明治结构的增加一层磁性吸波材料来抑制金属表面反射波的干扰。3）设计新型天线：如专利US8564439B2和US7557757B2所描述的一种电感耦合的RFID标签天线和微带天线设计结构，提出在贴片天线的接地面使用周期性的EBG结构。由于特定的EBG结构能抑制特定的频带的电磁波的传播，通过减少表面波传播，来改善天线的效率，减少旁瓣电平，增加增益，同时EBG结构能改变特定频段的反射波的相位，使得天线能保持较薄的厚度。但同时也存在着若干缺陷，如增益不大，EBG结构制造复杂。专利US7504998B2所描述的一种PIFA标签天线设计，这个天线结构简单，易于制造，而且成本低，但是它的主波束比较窄，减小了天线的探测范围，而且最大增益不超过2dBi，意味着天线的探测距离不会很大。