[实用新型]集成无源无线传感器的自适应调谐标签

说明书

本实用新型公开了一种集成无源无线传感器的自适应调谐标签，其包括集成为一体的标签天线、标签芯片以及传感芯片；其中，标签天线包括微带线和馈电网络，且标签天线用以接收读写器或超高频供电电源发送的能量信号；其中，标签芯片包括自适应调谐电路、电源管理电路、解调电路、调制电路、数字基带、主控及数据处理单元及非易失存储器依次连接；其中，传感芯片包括传感量化模块，其与主控及数据处理单元相连接；其中，标签天线与标签芯片的自适应调谐电路相连接。借此，本实用新型的集成无源无线传感器的自适应调谐标签，提高了标签识别距离和数据传输的准确率，还提高了传感器的环境适应性、可靠性和使用寿命。

技术领域

本实用新型是关于射频识别及无源传感器领域，特别是关于一种集成无源无线传感器的自适应调谐标签。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)是一种非接触式的自动识别技术，已在许多行业得到广泛应用。典型的RFID系统包括标签，读写器和应用系统，标签无需电池供电，由读写器询问信号提供能量，当其处于读写器有效读取范围内时，凭借电磁波耦合，在其内部产生感应电流供芯片内部其它电路使用，并通过反射方式进行信号传输。在许多传感器应用场合，由于供电方式、设备空间和安全等条件限制，需要传感器具备无源无线等特点，如电力设备温度监测、振动监测等应用领域。基于上述原因，将传感器和超高频RFID技术进行结合，使得传感器具有无源供电、无线传输、体积小、寿命长等显著特点。如专利201710436238.2采用超高频RFID技术和温度传感芯片集成，实现开关柜无线无源测温，且具有芯片体积小和长寿命等优点。但所使用的超高频RFID技术在许多应用场合，由于复杂环境导致其性能降低，调谐频率发生偏移，进而使标签出现读取距离缩短或数据可靠传输变差。

为实现标签和读写器间能量的最大传递，RFID标签设计时需将标签芯片的阻抗和天线的输入阻抗进行共轭匹配，从而实现最大功率传输。最大功率传输决定标签最大和最小读取距离。当传感器标签安装在金属表面时，天线的阻抗会发生变化，标签的读取距离会迅速缩减，为解决超高频RFID技术的这一不足，通常采用最大能量传递法(阻抗共轭匹配)来进行抗金属标签和宽频带标签天线设计，可在标签天线设计中或芯片谐振电路加入匹配网络使标签具有宽频特性。

专利103022649A公开了一种UHF频段RFID系统的阻抗可调标签天线，采用对标签天线进行宽频带设计，通过调节π型匹配网络的高度和宽度来进行阻抗匹配调节。但匹配网络在天线制造完成后不能进行调节，不能在实际应用时实现阻抗自调节。

专利20131011910.2公开的阻抗可调标签天线，通过调节偶极子天线两臂的夹角来实现调谐，但该方法应用存在调整困难，不能精确调节，可靠性差等问题，同时由于该天线是为二维结构，不适合和传感器进行集成应用。

专利201720672864.7公开了一种阻抗调节标签天线，采用金属反射板和引向极板弹性连接，通过调节引向极板位置来调节电容值，进而调节输入阻抗。该方法实际应用时存在阻抗调节不能精确稳定，弹性柱在长期使用时存在可靠性降低等问题，不能实现阻抗快速精确匹配。

另外，还有其它已公开的方法，如在读写器电路中加入阻抗自动匹配网络，由测量电桥、电容阵列网络及控制器组成，采用调谐算法扫描所有电容组合，寻找幅值和相位偏移在二维平面中距离零点最短的路径，进而得到一组电容值进行阻抗匹配。该方法在一定程度上可实现读写器和标签阻抗自适应调节，但该方法是针对读写器端进行调节，不适用于集成进标签芯片解决标签内部阻抗匹配问题。

在一些应用场合，如无线无源传感器安装在一个密闭复杂金属结构设备内部时，附近的金属和液体将改变射频电磁场，导致调谐电路不再调谐。专利201710436238.2公开的测温标签的阻抗不具备自动调节功能，当传感器标签针对开关柜电缆接头温度监测应用实现了调谐，但同一传感器标签在梅花触头温度监测应用时，传感器标签安装位置附近的金属结构或密闭环境潮湿时，将使调谐频率发生偏移，电路失谐，进而导致标签读取距离缩短。