金属表面超高频RFID标签天线设计要点

一种金属表面超高频RFID标签天线

设计

摘要：无线射频识别(RFID)系统主要由RFID读写器和电子标签组成。近年来，RFID技术已经广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。在很多应用中，RFID 标签应用与金属表面，但是，具有类偶极子天线的普通无缘超高频RFID标签应用于金属表面时，其阻抗匹配，辐射效率，核辐射方向图都会发生改变，从而导致标签的性能变差，设置不能被有效读取。为解决超高频RFID 标签应用于金属表面的问题。本文先分析应用于金属表面性能恶化的原因，介绍现有对抗金属表面的天线研究，在针对实际应用提出超高频RFID 抗金属标签天线的设计。

关键词：射频识别，超高频，标签，天线，金属表面，抗金属

Abstract：Radio frequency identification(RFID）in the ultra-high-frequency(UHF)band has gained interest in supply chain management and traffic management because of its long read range.In many applications,RFID tags need to be attached on the surface of metallic objects.However,it is a challenge for label type passive UHF RFID tags with dipole-like antennas to be mounted on the surface of metal. This essay first analyzed the cause of the performance deterioration of the tag placed near the metallic objects,and the existing research against the metal surface of the antenna, in the practical application for the design of anti metal UHF RFID tag antenna is proposed.

Keywords:Anti-me，tag, Antenna,Metallic,RFID,Tag,UHF.

1.RFID简要

1.1 RFID技术的系统组成

一个典型的RFID系统如图1.1所示。一般包括标签(tag) 、阅读器(reader)和应用系统(application system )三个部分。阅读器通过射频信号给标签提供能量并“询问”标签, 标签被激活后将其存储的标签信息发送给阅读器, 阅读器再将读取的标签信息发送给应用系统以结合具体的应用背景进行数据的控制、存储及管理。

标签一般由标签天线与标签芯片组成。标签天线接收阅读器发射过来的射频信号并转化为能量, 获取的能量给标签芯片供电。当获取的能量足够时, 标签芯片被激活, 并根据阅读器的询问指令完成相应的动作, 将芯片上存储的标签信息通过反向散射调制的方法反射给阅读器。每个标签具有唯一的电子编码,用于对附着物体的

标识。标签能够贮存有关物体的数据信息, 一般约1k bits。在RFID管理系统中, 每一个标签中对应着一个物体的属性、状态、编号等信息。标签通常安装在物体表面, 具有一定的无金属遮挡的视角。标签除了能被读取(Read )外, 也可以被写入(write) 或杀死(kill) 。

阅读器由阅读器主机及阅读器天线组成。阅读器主机主要实现读取信号的控制及射频信号的产生。产生的射频信号通过阅读器天线发射给标签。标签的反射信号也通过阅读器天线接收, 并被阅读器主机解析与识别。阅读器一般有固定式与手持式两种形式。固定式的体积较大, 但性能一般比较好; 手持式的体积较小, 便于手持读取, 但性能要差些。至于是采用固定式还是手持式阅读器, 需要根据实际应用的需要进行选择。

1.2 RFID标签分类

RFID标签可以按照能量获取的方法来分, 也可以按照射频频率来分。按照能量获取的方法不同可以分为无源标签、有源标签及半有源标签; 按照射频频率的不同可以分为低频标签、高频标签或超高频标签。

超高频无源RFID 技术由于读取距离较远、成本较低、读取速率快等诸多优势而被广泛关注。但是, 超高频盯ID 技术目前许多应用尚不成熟。其原因不完全在于稍高的成本, 很大程度上是由于标签对于各种不同商品的适用性以及不同环境的适应性上存在的技术问题造成的。在RF ID 的应用上没有“千篇一律”的标签, 所以开发和生产各种用途的标签是解决问题的关键。其中, 金属物体对超高频RF ID 标签性能的影响很大。超高频RF ID 抗金属标签是一种专门针对金属物体而使用的无源超高频RF ID 标签。也称为金属标签、防金属标签或金属附着型电子标签。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、辐射效率、方向性都发生了改变〔20] , 标签的读取距离迅速降低, 甚至难以被读取。因此, 需要对其进行特殊处理或采用特殊标签, 以使其可以在金属表面应用。

一般有三种解决办法:

1.采用吸波材料贴于金属表面克服金属的反射效果。

2 .将标签垫高一定高度, 减小金属的边界条件影响。

3 .采用专门的抗金属标签天线设计方法。

超高频RF ID 抗金属标签天线的设计目标如下:

1.标签具有较好的抗金属能力, 不受金属边界条件的影响。标签在不同大

小的金属物体表面具有稳定的性能。

2. 标签的性能优良, 具有较远的读取距离。超高频RF ID 技术的优点即在于标签具有较远的读取距离。因此, 抗金属标签不能以牺牲读取距离为代价。

3 .标签的方向性好, 最好在金属表面上半球具有全向特性, 这样阅读器在不同的角度都能准确读取到标签。

4. 标签的轮廓小巧。为了满足实际应用的需要, 要求标签天线的面积尽