[发明专利]一种高频射频识别标签

说明书

技术领域

本发明涉及高频射频识别标签技术领域，具体涉及一种能够使标签芯片工作在更低场强下的高频射频识别标签，从而实现更远的通信距离。

背景技术

目前射频识别技术应用广泛，是物联网技术的基础。射频识别技术采用电磁波作载体，使用无线通信技术和现代集成电路实现人员和物品的自动识别，并进行信息的在线交换。和光学等自动识别技术相比，射频识别技术具有无光线遮挡、可以在线改写数据、抗恶劣环境能力强、通信距离远等优点，普及迅速。

根据射频识别技术工作使用的频段，又分为低频段(LF，如125KHz/134KHz)、高频段(HF，如13.56MHz)、超高频段(UHF，如902-928MHz)和微波段(如2.45GHz、5.8GHz)等。低频和高频段的射频识别采用的是线圈天线磁耦合的方式，进行射频识别阅读器和标签之间的能量和信号传递，属于近场通信；超高频段使用电磁场在射频识别阅读器和标签之间进行能量和信号传递，属于远场。低频和高频的射频识别访问距离近，有10厘米、1米等不同的访问距离，而且通常1米和1米以上访问距离需要两个天线来实现；超高频访问距离远，可以达到3米以上。

射频识别的一个重要过程，是射频识别阅读器对工作范围内的射频标签进行清点。射频识别在不同电磁波段实现的方法和原理不同。高频段根据电磁场的作用原理，清点过程可以采用基于位冲突检测的二元树遍历方法，清点所需时间和射频识别标签数量成线性关系，是一个确定性的过程。超高频的射频识别清点是一个概率过程，完全清点的概率越大，所需的时间也越多。目前普遍实现的超高频射频识别清点率约为80％，即80％的标签能够在限定的时间内清点出来。这对于单品管理(Item Level)的应用很不利。从这个角度看，高频射频识别具有很大的优越性，因此，ISO组织在2011年年底将单品管理的射频识别技术从超高频扩展到高频领域，即为ISO18000-3M3，被称为“RFID ILT HF”技术。虽然高频射频识别在标签清点上具有优势，但是高频射频识别访问的距离限制依然困扰着高频射频识别应用。

理论上，高频射频识别单天线的1/10波长的范围内都属于近场的工作范围，比如13.56MHz的应用，对应的波长约为22米，则理论近场的可工作范围约为2.2米。但是高频射频识别的标签和阅读器天线的距离每增加10倍，阅读器天线磁场的能量密度就降低为1/1000。例如，对于当前10厘米工作距离的高频射频识别系统，如果射频识别标签在阅读器天线10厘米处能获得10mW的能量，同样的标签在阅读器天线1米能获得的能量仅为10uW。需要设计出这样的标签天线系统才能发挥高频射频识别技术的优势：既能在阅读器天线近距离处保持现有的工作性能，又要能够在理论极限距离下工作。

图1示出了无线电近场、远场通信距离和波长关系。从电磁场的作用机理来看，对于高频段的射频识别系统，射频阅读器和射频识别标签之间的能量和数据传输机制属于近场感应磁耦合传输。即射频阅读器和射频识别标签之间的距离小于射频信号波长的1/2π。

图2示出了高频射频识别耦合通信的原理。射频识别阅读器的线圈天线在驱动信号的作用下，产生交变的激励磁场。当射频识别标签被置于这个交变的磁场中时，射频识别标签的线圈天线感生出电信号，当该感生的电信号足够驱动射频识别标签中的芯片工作时，射频识别标签中的芯片根据接收到的指令，通过改变自身负载的方式将数据传输到到射频识别阅读器。

从磁场场强的分布特性可知，当射频识别标签与射频识别阅读器线圈天线的距离小于射频识别阅读器线圈天线等效半径时，射频识别阅读器线圈天线产生的激励磁场的场强与射频识别阅读器线圈天线的半径倒数相关；当射频识别标签与射频识别阅读器线圈天线的距离大于射频识别阅读器线圈天线等效半径时，射频识别阅读器线圈天线产生的激励磁场的场强与该距离的三次方成反比，即，射频识别标签与射频识别阅读器线圈天线的距离增大10倍，射频识别阅读器线圈天线产生的激励磁场的场强衰减1/1000。

根据射频标签线圈天线两端的感生电压公式：

V₀＝2πfNSQB₀cosα

其中f是载波频率；

N是射频标签线圈天线的匝数；

S是射频标签线圈天线的截面积；

Q是射频标签线圈天线网络的品质因数；

B₀是射频标签所处位置的场强；

α是射频标签线圈天线平面和射频识别阅读器线圈天线产生的激励磁场的场强方向的夹角。