无天线射频电子标签及其设计方法与流程

本发明涉及无天线射频电子标签及其设计方法。

背景技术：

射频识别（RFID）是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。根据国际标准化组织(ISO) 制定的ISO/IEC 18000 系列标准，射频识别技术UHF系统主要工作在902-928 MHz,中国范围频段为840-845 MHz和920-925 MHz,而欧洲频段为865-867MHz。无源RFID系统具有低成本、高通信速率、多标签识别等诸多优势尤为受产业界的关注，是公认的最具应用潜力的RFID 技术，现已在物流运输、服装、仓储管理、图书等资产及设备管理领域得到非常成功的应用。

传统的标签天线具有设计简单，制造方便的特点。然而，对于普通无源超高频标签,当其贴在金属表面时,由于标签天线的阻抗匹配、配辐射效率、方向性都发生了改变，标签的读取距离迅速降低,甚至难以被读取。传统的抗金属标签通常采用微带天线形式，而微带天线虽然增益较高，但标签天线制造较复杂，尺寸较大，带宽较窄，不易实现与芯片的共轭匹配。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无天线射频电子标签及其设计方法，通过设计特定的激励结构，放置于金属物体表面或嵌入金属的特定位置，用以激励起金属的特定模式电流，来实现激励结构和金属物体一体式的有效辐射。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

无天线射频电子标签，其特征在于：包括金属物体和激励结构，所述的激励结构非破坏性地放置于金属物体表面或嵌入金属物体内部，所述的激励结构用于激励金属物体本身的辐射特性；所述的激励结构包括电子标签。

所述的激励结构包括电容性耦合激励结构和电感性耦合激励结构，所述的电容性耦合激励结构通过电场耦合激励，所述的电感性耦合激励结构将通过磁场耦合激励。

所述的电容性耦合激励结构放置于金属物体的特征模式电场较大的位置，也就是特征模式电流较小的位置；所述的电感性耦合激励结构放置于金属物体的磁场较大的位置，也就是特征模式电流幅度较大的位置。

所述的激励结构的放置，使得激励结构所耦合的电场与所要激励的金属物体的模式电场方向的夹角在第一阈值内，或者使得耦合激励结构所耦合的磁场与所要激励的金属物体的模式磁场方向的夹角在第二阈值内。

所述的嵌入金属物体内部为通过开槽/挖孔的方式将激励结构嵌入金属物体内部。

无天线射频电子标签的设计方法，包括以下步骤：

S1：对耦合激励结构所要放置的金属物体进行特征模式的分析，所述的分析包括计算金属物体在所需频率范围的特征值、特征模式电流和远场模式电场方向图；其中特征值的大小表征金属物体本身固有属性，体现某一特征模式的相应的辐射能力的强弱，特征值绝对值越小表示辐射能力越大，特征值绝对值越大表示辐射能力越小；

S2：根据频率和远场模式电场方向图的需求，选取要激励的一种或者多种的特征模式电流；

S3：选择激励的方式，如果选择为磁场激励方式则进入步骤S4，如果选择为电场激励方式则进入步骤S5；

S4：设计所需的电感性耦合激励结构，将电感性耦合激励结构放置于金属物体模式磁场较大的位置，在激励结构和金属物体共同作用下实现射频识别；

S5：设计所需的电容性耦合激励结构，将电容性耦合激励结构放置于金属物体模式电场较大的位置，在激励结构和金属物体共同作用下实现射频识别。

在步骤S1中，选取频率范围内特征值相对较小的特征模式进行分析。

在步骤S4和S5中，激励结构放置时应使其所耦合的电场或磁场方向要与所要激励的金属物体的模式电场或磁场方向一致。

本发明的有益效果是：本发明非破坏性的设计一些特定的激励结构，放置于金属物体表面或嵌入金属内部的一些特定位置，用以激励起金属结构的特定模式电流，来实现激励结构和金属物体的有效辐射。此标签加工简单，成本低廉，作用距离远，激励结构可反复使用，经济环保，标签隐蔽美观，具有抗金属特性，读写距离远，稳定性高等优点。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明实施例1的三维视图；

图3为本发明实施例1的俯视图；

图4为本发明实施例2的三维视图；

图5为本发明实施例2的俯视图；

图6为本发明实施例2的侧视图；

图7为本发明实施例3的三维视图；

图中，1-介质板，2-芯片，3-金属铜带，4-陶瓷，5-第三激励结构，6-长方金属物体。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：

激励结构的设计可采用电容性激励或者电感性激励两种方式，其作用一方面实现与芯片的电抗性共轭匹配，使芯片获得最大的能量传输；另一方面，激励结构实现对金属物体表面电流的有效激励，电容性激励结构通过电场来耦合激励，电感性激励通过磁场来耦合激励。

首先对金属物体进行特征模式电流分析，得到在所需频段内具有辐射能力的特征模式电流和模式电场及其远场方向图，根据辐射方向图需求选择所需的一种或几种模式进行激励，再根据金属物体的模式电流的近场分布图，将电容性激励结构放置于近场电场较大的位置实现电场激励，电感性激励结构放置于磁场较大的地方来实现磁场的耦合激励。

图1为设计无天线射频电子标签的基本流程。

其中，对金属物体的特征模式分析包括计算金属物体在所需频段的特征值、模式电流和远场模式电场方向图，其中特征值大小表征金属物体本身固有属性，体现了某一模式的相应的辐射能力的强弱，特征值绝对值越小表示辐射能力越大，特征值绝对值越大表示辐射能力越小，因此要选取频率范围内特征值相对较小的模式。

金属模式磁场最大处对应模式电流的最大处，而金属模式电场最大处对应模式电流的最小的地方，激励结构放置时应使其所耦合的电场（或磁场）方向要尽可能与所要激励的金属的模式电场（或磁场）方向一致。

由于芯片的阻抗呈容抗性，因此电感性激励结构相对于电容性激励结构更容易与芯片阻抗实现共轭匹配，使用相对更方便一些。

实施例1是一种电容性激励结构，如图2和图3所示，可选用较高介电常数，低损耗的材料加工而成，此种结构主要用于片状平面开放金属结构上。在本实施例中，很薄的介质板1上的铜熔掉后形成槽放置RFID芯片2，介质板1与RFID芯片2的下端面均放置于金属铜带3上。激励结构放置在金属表面边缘的模式电流较小处，贴附在金属表面的下表面或者上表面处。

实施例2是一种电感性激励结构图，如图4、图5和图6，其作用相当于一个耦合线圈。在本实施例中，可选用高介电常数，低损耗的材料4加工而成，金属铜带3围绕材料4一圈，金属铜带3的两端连接处放置有RFID芯片2。激励结构放置位置为金属表面所需激励的模式电流较大处，并且要使模式磁场方向垂直穿过耦合线圈，以获得最大的能量耦合，同时要调整结构尺寸使其与芯片实现共轭匹配。此种结构具有一定的通用性，可使用范围较广。

实施例3 是一种将电感性激励结构嵌入金属物体的结构图，如图7所示，第三激励结构5采用实施例2中的结构，在长方金属物体6特征模式电流最大的地方开槽，将第三激励结构5嵌入到金属物体，激励起金属物体的特征模式电流以实现射频识别，该结构对标签具有一定的保护作用，隐蔽美观。