抗金屬標(biāo)簽天線的專利分析

郭艷芳 梅金燕

【摘要】 當(dāng)普通RFID標(biāo)簽需要貼附于金屬物體表面時(shí)，金屬與RFID標(biāo)簽之間由此產(chǎn)生近距離耦合效應(yīng)，使得RFID天線的工作特性發(fā)生變化，進(jìn)而嚴(yán)重影響RFID讀取器對(duì)RFID標(biāo)簽的讀取距離，甚至無(wú)法讀取而導(dǎo)致天線失效。因此，為了保證標(biāo)簽天線可以在金屬表面上正常工作并保持穩(wěn)定的性能，近年來(lái)大量的抗金屬標(biāo)簽天線被應(yīng)用到RFID標(biāo)簽領(lǐng)域中。本文是針對(duì)抗金屬標(biāo)簽天線專利技術(shù)的分析，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展有重要意義。

【關(guān)鍵詞】 抗金屬 RFID 標(biāo)簽

一、引言

金屬物體表面對(duì)RFID標(biāo)簽的影響主要有：金屬表面對(duì)入射電磁波的反射作用，將會(huì)有較強(qiáng)的反方向電磁波也穿過(guò)電子標(biāo)簽，入射波與反射波相位疊加后相互會(huì)抵消，電磁強(qiáng)度大大削弱；另外，讀寫(xiě)器與RFID標(biāo)簽間產(chǎn)生的磁通量在金屬表面感應(yīng)渦流，同時(shí)吸收射頻能量轉(zhuǎn)換為自身的電場(chǎng)能，其方向與原來(lái)的射頻場(chǎng)強(qiáng)方向相反，削弱了原射頻場(chǎng)強(qiáng)的總能量。

因此，抗金屬標(biāo)簽天線應(yīng)運(yùn)而生，抗金屬標(biāo)簽天線主要是通過(guò)對(duì)標(biāo)簽天線與金屬之間的處理或者對(duì)標(biāo)簽天線本身的優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)在金屬表面上RFID標(biāo)簽天線的正常使用。

二、抗金屬標(biāo)簽天線專利分析

2.1 抗金屬標(biāo)簽天線的發(fā)展

就全球的關(guān)于抗金屬標(biāo)簽天線的專利申請(qǐng)量而言，自2005年以后，申請(qǐng)量增長(zhǎng)極為迅速；而我國(guó)的關(guān)于抗金屬標(biāo)簽天線的專利申請(qǐng)，2008年前后申請(qǐng)量開(kāi)始出現(xiàn)增長(zhǎng)，并基本保持逐年遞增的趨勢(shì)，中國(guó)申請(qǐng)人中66%的申請(qǐng)來(lái)源于企業(yè)單位，另外，高校研究所和個(gè)人申請(qǐng)分別占到了20%、14%。

出現(xiàn)大部分申請(qǐng)來(lái)自企業(yè)單位的原因在于，隨著國(guó)外對(duì)于射頻標(biāo)簽的研究的發(fā)展，RFID技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為全球研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，并且該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域中，因此，越來(lái)越多的企業(yè)單位將RFID產(chǎn)品的研究作為重點(diǎn)項(xiàng)目，另外，在高速公路運(yùn)輸管理、車(chē)輛出入管理、鐵路運(yùn)輸監(jiān)控方面，RFID系統(tǒng)都有這廣闊的應(yīng)用前景。在RFID技術(shù)的應(yīng)用中，大量的標(biāo)簽天線被應(yīng)用在金屬表面或是金屬物體附近，因此，隨著射頻標(biāo)簽天線應(yīng)用的發(fā)展，對(duì)于抗金屬標(biāo)簽天線的研究也隨之不斷進(jìn)步。

2.2 抗金屬標(biāo)簽天線的主要分支通過(guò)對(duì)抗金屬標(biāo)簽天線專利的分析研究，可以得出為了改善RFID標(biāo)簽在金屬環(huán)境下的讀取情況，主要通過(guò)以下幾種方式：

第一，通過(guò)增加標(biāo)簽天線與金屬部件之間的距離，可以避免金屬表面造成的反射波對(duì)工作電磁波的影響，天線的性能得到保持，常用的增加距離的技術(shù)手段有：利用支撐裝置將RFID標(biāo)簽墊高、設(shè)置RFID標(biāo)簽與金屬位于裝置不同部位等，另外，還可以調(diào)節(jié)標(biāo)簽天線與金屬部件之間的距離，當(dāng)天線與金屬表面之間的距離被調(diào)整為0.25λ時(shí)，金屬表面造成的反射波和工作用電磁波將同向疊加，天線的性能將得以改善。

第二，在RFID標(biāo)簽上設(shè)置電磁干擾抑制材料，通過(guò)電磁干擾抑制材料可以排除金屬帶來(lái)的電磁干擾，從而實(shí)現(xiàn)RFID標(biāo)簽天線的抗金屬性。常用的電磁干擾抑制材料包括吸收材料，也可以叫做抗金屬材料。

第三，為了降低抗金屬RFID標(biāo)簽的成本，將金屬作為RFID標(biāo)簽天線的一部分是實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽天線抗金屬性的一重要手段。首先將金屬體作為天線的接地層來(lái)使用的天線，應(yīng)被考慮為金屬體附著型標(biāo)簽天線；其次可以將金屬作為天線臂或是天線的邊界條件考慮，不僅不增加標(biāo)簽天線的制作成本，還可以優(yōu)化天線的性能，實(shí)現(xiàn)抗金屬性。

第四，標(biāo)簽天線的讀取距離直接和天線阻抗和芯片阻抗的匹配程度相關(guān)聯(lián)，而金屬對(duì)于標(biāo)簽天線的影響作用恰恰在于破壞標(biāo)簽天線與標(biāo)簽芯片之間的匹配，因此，調(diào)節(jié)標(biāo)簽天線的阻抗來(lái)實(shí)現(xiàn)與標(biāo)簽芯片之間的阻抗匹配是抗金屬標(biāo)簽天線的重要手段，也是抗金屬標(biāo)簽天線中目前使用最多的抗金屬方法。

三、總結(jié)

本文首先介紹了抗金屬標(biāo)簽天線專利在全球以及在中國(guó)的申請(qǐng)情況，特別是在中國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r，重點(diǎn)介紹了幾種RFID標(biāo)簽天線抗金屬的實(shí)施方式，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員了解抗金屬標(biāo)簽天線有重要意義。