[实用新型]一种超高频电子标签天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种超高频电子标签天线，特别是涉及一种抗人体干扰的超高频电子标签天线。

背景技术

作为物联网物理层实现的关键技术，射频识别技术——Radio Frequency Identification(以下简称RFID)，特别是超高频射频识别技术以其成本和性能的优势在最近几年飞速发展。在机场托运行李和行李分拣标签、一些品牌的服装标签、名烟名酒的防伪标签、珠宝的防伪标签、车辆的环保标签识别中，可以越来越多地看到超高射频RFID标签天线和识别芯片。

上述应用中，每类物品都需要设计一种不同的超高频RFID电子标签与其匹配。这主要因为超高频电子标签天线对所附着材料的介电常数非常敏感。当标签使用场景发生变化，其附着的物体的材料特性改变，之前设计好的电子标签的性能(主要指读写距离)将会明显降低。超高频RFID电子标签的工作方式基于电磁场的后向散射原理。当电子标签进入读写器发射的电磁场区，标签天线从场中获得能量并为标签芯片供电。标签芯片通过一系列空中接口协议和自身阻抗变换将自身携带的数据调制到超高频电磁波上，并通过天线将其发回读写器。在电子标签的整个工作过程中，标签天线是对其性能影响最大的环节。

设计管理人员的超高频电子标签比起设计管理某类物品的电子标签还要困难许多。人体是由水、蛋白质、脂肪、无机质四种成分构成的，其正常比例是：水占55％，蛋白质占20％，体脂肪占20％，无机物占5％。不同的人的身体成分存在差异，同一个人身体的不同部位的成分也不一样。附着于人体上的电子标签天线必须能够适应于不同的人，以及人身上的不同位置。

我们知道超高频电子标签天线对所附着材料的介电常数非常敏感。水的相对介电常数非常高，在25℃时水的介电常数为78.4。水的相对介电常数还会随温度而变化，0℃时为87.9，50℃为69.9。人体的各个器官组织由于含水量的差异呈现出不同的介电常数。根据美国联邦通讯委员会发布的数据，在915MHz频率下，对电子标签性能影响较大的人体器官组织的相对介电常数分别为：

血液：61.3

脂肪：11.3

皮肤(干)：41.3

皮肤(湿)：46.0

肌肉：56.0

由此可知，一个性能良好的可以用于人体表面的超高频RFID标签天线应该能够适应于相对介电常数从1(表示自由空间的介电常数)到最恶劣可能的50左右(湿皮肤+肌肉+血液的等效介电常数)的变化。也就是说，需要设计出在超高频频段上具有超大的介电常数带宽的标签天线才可谓是性能良好的。

研究人员想了一些办法来设计用于人体表面的RFID标签。专利申请号为201610578527.1的名为《一种抗人体干扰的人员管理标签》的专利中，实用新型人提出在一个RFID标签封装内封装两个超高频RFID标签和1个低频标签，它们存储同样的数据。每个RFID标签天线分段排列，用调谐电容和调节焊盘连接。通过改变调节焊盘和调谐电容来延长电长度的几何走线和改善天线匹配。很明显，这种方法过于复杂，成本太高，不具备量产的价值。专利申请号为200980104012.6的名为《执行阻抗匹配以防止性能降低的RFID读取器》的专利也存在同样的问题。其标签芯片需要实时分析天线阻抗失配情况，自动调节天线输入端口电路中阻抗匹配，机制极为复杂，难以实现。

专利申请号为200880009410.5的名为《具有减少的失谐特征的RFID标签》的专利中，实用新型人提出一种左右对称的天线结构。该主天线体部分具有相对于彼此基本上对称的两个相反侧部,其中各侧部向外延伸以形成大体侧朝向V形。该结构据悉可以减少高介电常数媒质对天线性能的影响。

专利申请号为200510008513.8的名为《射频标识标签》的专利，则是在超高频电子标签和人体之间加入了13MHz螺旋环形天线，从而减少了人体的效应。但增加了成本，同时也引起了超高频电子标签和螺旋环形标签之间的相互影响。

专利申请号为201520198008.3的名为《一种标签装置、服装及跑步记录系统》的专利，本质上利用了双层衬底增加了超高频标签天线与人体皮肤之间的空隙。距离远了自然受人体的影响就小了。同样专利申请号为201320090820.5的名为《具有补强结构的无线射频辨识标签》在标签芯片附近增加材料，加厚标签，增加标签天线与人体距离，减小人体对天线性能的影响。