一种增强超高频RFID标签反射功率的方法与流程

本发明涉及超高频rfid标签领域，尤其涉及一种能够增强超高频rfid标签反射功率的方法。

背景技术：

rfid射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。rfid技术可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签，操作快捷方便。超高频rfid技术在物流、制造、医疗、运输、零售、国防等等方面得到了广泛应用。超高频rfid分为标签和阅读器。标签由标签天线和标签芯片构成。

超高频标签的反射功率，由标签天线和标签芯片共同决定。因此如何获得较高的标签反射功率，同时优化标签的其他性能是超高频标签领域的长期以来的追求目标。

技术实现要素：

本发明提出了一种增强超高频rfid标签反射功率的方法，包括：

确定标签芯片的吸收状态阻抗值zabsorb；

设定天线阻抗zant＝zabsorb*，其中zabsorb*是标签芯片的吸收状态阻抗值zabsorb的共轭阻抗，改变芯片调制电路阻抗，使得反射功率pre达到第一值；从而确定标签芯片的反射状态阻抗值zreflect；

将天线阻抗zant设定为最大值zant_max，使得反射功率pre达到最大反射功率；

在天线阻抗zant＝zabsorb*的情况下，计算灵敏度损失和反射系数差绝对值；

在天线阻抗zant＝zant_max的情况下，计算灵敏度损失和反射系数差绝对值；以及

在最大反射功率和最小灵敏度损失值之间进行折中，从而确定标签芯片的反射功率。

在本发明的一个实施例中，当反射功率pre达到第一值时，反射系数差绝对值大于0.5且小于1。

在本发明的一个实施例中，当反射功率pre达到第一值时，反射系数差绝对值为0.8。

在本发明的一个实施例中，在最大反射功率和最小灵敏度损失值之间进行折中包括：在灵敏度损失为第一阈值的等高线上，找到反射系数最大值的点，并将天线阻抗设置为与反射系数最大值对应的阻抗值。

在本发明的一个实施例中，所述改变芯片调制电路阻抗包括改变标签调制电路的等效并列电容和等效并列电阻值，从而标签芯片反射状态阻抗值zreflect发生改变。

在本发明的一个实施例中，在天线阻抗zant＝zant_max时，

令zabsorb＝z1_re+jz1_im，其中z1_re为实部，z1_im为虚部；

zreflect＝z2_re+jz2_im，其中z2_re为实部，z2_im为虚部；

则zant_max＝zant_re+jzant_im由下式确定：

zant_re＝z1_re*z2_re*((z1_re+z2_re)^2+(z1_im-z2_im)^2))^(1/2)/(z1_re+z2_re)；

zant_im＝-(z1_re*z2_im+z2_re*z1_im)/(z1_re+z2_re)；

其中符号^表示幂指数，例如，z2_im^2代表z2_im的2次方。

在本发明的一个实施例中，在天线阻抗zant＝zant_max的情况下，

灵敏度损失mloss为：

反射系数差绝对值|δγ|为：

在本发明的一个实施例中，在天线阻抗zant＝zabsorb*的情况下，

灵敏度损失mloss为：

mloss＝0；

反射系数差绝对值|δγ|为：

在本发明的一个实施例中，确定标签芯片的吸收状态阻抗值zabsorb包括断开标签芯片调制电路开关，得到的整体阻抗即为芯片吸收状态阻抗zabsorb。

本发明公开的增强超高频rfid标签反射功率的方法能够根据实际需求，在满足灵敏度要求的条件下，使超高频rfid标签的反射功率得到最大增强。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出根据本发明的一个实施例的增强超高频rfid标签反射功率的方法的流程图。

图2示出标签芯片吸收状态示意图。

图3示出标签芯片反射状态示意图。

图4为标签反射系数差绝对值的等高线图。

图5为标签灵敏度损失的等高线图。

图6为为标签反射系数差绝对值和标签灵敏度损失的等高线图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

在标签的工作过程中，标签灵敏度和标签的反射功率是衡量标签性能的重要参数。本发明提出一种增强超高频rfid标签反射功率的方法，通过该方法能够将标签灵敏度和标签的反射功率调整到优化值，使得标签的性能得以大幅提升。

首先介绍本发明公开的增强标签反射功率的方法的工作原理。

频段对芯片阻抗、天线阻抗、灵敏度梯度图、灵敏度等高线等都有影响。对于rfid芯片和天线来说，基本所有的电参数都是频率的函数。然而，rfid芯片和天线通常工作在一个频段内，以下计算假设标签处于工作频段内，因此忽略工作频率这一参数。

在标签工作的过程中，标签芯片阻抗值在反射状态阻抗值zreflect和吸收状态阻抗值zabsorb之间切换。

标签反射功率pre为：

这里pt是标签天线接受到的射频功率值，|δγ|是反射系数差绝对值，zant是天线阻抗，zreflect是标签芯片反射状态阻抗值，zabsorb是标签芯片吸收状态阻抗值，其中天线阻抗zant、标签芯片反射状态阻抗值zreflect和标签芯片吸收状态阻抗值zabsorb是复数，符号^*表示该复数阻抗的共轭阻抗。

在反射状态阻抗值zreflect和吸收状态阻抗值zabsorb确定的情况下，pre达到最大反射功率条件是天线阻抗zant＝zant_max。

标签灵敏度损失为：

最小灵敏度损失条件是天线阻抗zant＝zabsorb^*。

所以，对超高频rfid标签来说，最大反射功率条件和最小灵敏度损失条件不同，需要根据实际需求进行折中。众所周知，最小灵敏度损失条件即为标签最高灵敏度条件。

根据以上的实现原理，本发明的实施例提出一种增强超高频rfid标签反射功率的方法。图1示出根据本发明的一个实施例的增强超高频rfid标签反射功率的方法的流程图。该方法包括三个步骤。

在步骤101，在吸收状态阻抗值zabsorb确定的情况下，设定天线阻抗zant＝zabsorb*，改变芯片调制电路阻抗，使得反射功率pre达到较大值。在本发明的一个实施例中，典型值约为|δγ|＝0.8。在本发明的其他实施例中，|δγ|的值应大于0.5，小于1。

步骤102，在反射状态阻抗值zreflect和吸收状态阻抗值zabsorb确定的情况下，通过设定天线阻抗zant＝zant_max值，得到最大的反射功率pre_max。

步骤103，分别计算得到最大反射功率条件和最小灵敏度损失条件下的灵敏度损失mloss和反射系数差绝对值|δγ|。根据实际需求调整天线阻抗值，在最大反射功率和最小灵敏度损失值之间进行折中。

下面是三个步骤的详细说明。

在步骤101中，标签芯片吸收状态阻抗值zabsorb由芯片整体决定。关闭标签芯片调制电路，得到的整体阻抗即为芯片吸收状态阻抗zabsorb。标签芯片反射状态阻抗值zreflect由芯片整体决定。连接标签芯片调制电路开关，得到的整体阻抗即为芯片反射状态阻抗zreflect。

在步骤101中，天线阻抗zant＝zabsorb*共轭匹配，使得到达标签天线的功率最大传输进入标签芯片，即标签具有最远读距离，步骤101使标签在具有最远读距离的情况下，具有较强的反射功率。

这时候，吸收状态下反射系数为0，标签具有灵敏度最高值。

zant＝zabsorb^*共轭匹配，则反射功率pre可以化简为：

调整标签的调制电路，则标签调制电路的等效并列电容和等效并列电阻值发生改变。从而标签芯片反射状态阻抗值zreflect发生改变。

在调整标签的调制电路过程中，因为吸收状态阻抗值，在调制电路开关断开时得到，所以标签芯片吸收状态阻抗值zabsorb基本不发生改变。

因此，调整标签的调制电路过程中，zant＝zabsorb^*不发生改变，而反射功率pre发生改变。从而使调整过程简单有效。

在步骤102中，在标签芯片反射状态阻抗值zreflect和标签芯片吸收状态阻抗值zabsorb确定的情况下，zant＝zant_max时，pre达到最大反射功率。

标签芯片反射状态阻抗值zreflect和标签芯片吸收状态阻抗值zabsorb为复数，令：

zabsorb＝z1_re+jz1_im，其中z1_re为实部，z1_im为虚部，

zreflect＝z2_re+jz2_im，其中z2_re为实部，z2_im为虚部，

则zant_max＝zant_re+jzant_im由下式确定：

zant_re＝z1_re*z2_re*((z1_re+z2_re)^2+(z1_im-z2_im)^2))^(1/2)/(z1_re+z2_re)；

zant_im＝-(z1_re*z2_im+z2_re*z1_im)/(z1_re+z2_re)；

其中符号^表示幂指数，例如，z2_im^2代表z2_im的2次方。

步骤102使得标签天线与芯片非共轭匹配，使得标签反射功率最强。

注意，步骤102会导致芯片吸收状态的反射系数不为0。

灵敏度损失为：

mloss＝-10log(1-|γabsorb_max|²)

步骤103，分别计算得到最大反射功率条件和最小灵敏度损失条件下的灵敏度损失mloss和反射系数差绝对值|δγ|。根据实际需求调整天线阻抗值，可以在最大反射功率值和最小灵敏度损失值之间进行折中。例如，标签灵敏度损失需要小于阈值loss1。在步骤103，在标签灵敏度损失为阈值loss1的等高线上，找到反射系数最大值，并将天线阻抗设置为与反射系数最大值对应的阻抗值。

其中最大反射功率条件为zant＝zant_max,最小灵敏度损失条件为zant＝zabsorb*。

最大反射功率条件下，灵敏度损失为：

反射系数差绝对值

最小灵敏度损失条件下

灵敏度损失为：

mloss＝0

反射系数差绝对值

其中典型的实际需求为，标签灵敏度损失需要小于阈值loss1。则折中方法为在标签灵敏度损失为阈值loss1的等高线上，找到反射系数最大值，并将天线阻抗设置为该值。实施效果为在标签灵敏度损失相等的等高线上，反射功率取得最大值。

在本发明的实施例中，步骤101使标签工作在共轭匹配情况下，能够具有相当大的反射功率。步骤102通过调整标签天线阻抗，使得标签非共轭匹配，使得反射功率达到最强。步骤103，根据实际需求进行折中调整。总之，本发明的实施例实现了对超高频rfid标签反射功率的增强，具有先进性。

下面结合具体的标签天线详细介绍根据本发明的增强超高频rfid标签反射功率的方法的过程。

图2示出标签芯片吸收状态示意图。如图2所示，a1为标签芯片其他电路等效阻抗值，a2为调制电路等效并列电阻值，a3为调制电路等效并列电容值,a4为处于断开状态的开关，a5为rf端口。这里，a4开关断开后，从a5端口看进去的阻抗值为zabsorb＝4000ohm||0.61pf。在频点920mhz，有zabsorb＝20-j282ohm。

下面进行步骤101，在zabsorb确定的情况下，设定zant＝zabsorb^*，改变芯片调制电路阻抗。所以这里在频点920mhz，设定zant＝zabsorb^*＝20+j282ohm。即设定图4中五角星c1的位置。图3是标签芯片反射状态示意图，如图3所示，b1为标签芯片其他电路等效阻抗值，b2为调制电路等效并列电阻值，b3为调制电路等效并列电容值,b4为处于连通状态的开关，b5为rf端口。b4开关连通后，调整调制电路等效并列电阻值和调制电路等效并列电容值，使得反射足够强。

在这里使得，调制电路等效并列电阻值等于4000ohm，调制电路等效并列电容值等于0.23pf。调整调制电路等效阻抗值，即调整图4中方形c2的位置，这个过程中图4中五角星c1，zabsorb值不变，令zreflect＝0.84pf||2000ohm。在频点920mhz，zreflect＝21-j203.8ohm。

这种情况下，根据可得，反射系数差绝对值|δγ|＝0.89,反射功率pre＝0.7921*pt。这时候，吸收状态下反射系数为0，标签具有灵敏度最高值。完成步骤101。

接下来，进行步骤102。

根据以下公式：

zant_re＝(z1_re*z2_re*((z1_re+z2_re)^2+(z1_im-z2_im)^2))^(1/2)/(z1_re+z2_re)；

zant_im＝-(z1_re*z2_im+z2_re*z1_im)/(z1_re+z2_re)；

可以得到zant_max＝44.2+j243.9，这个条件下反射系数差绝对值为最大值|δγ|＝1.21,最大反射功率pre_max＝1.4641*pt

图4为标签反射系数差绝对值的等高线图。x轴为天线阻抗实部，y轴为天线阻抗虚部，对天线阻抗在设定范围进行遍历。其中，五角星c1为芯片吸收状态阻抗共轭zabsorb^*，方形c2为芯片反射状态阻抗值共轭zreflect^*，三角形c3为计算所得最大反射阻抗值zant_max。等高线c4为反射系数差绝对值|δγ|的等高线。反射系数差绝对值是芯片阻抗与芯片阻抗的函数。确定芯片阻抗之后，天线阻抗就有一个最佳位置，即共轭匹配点，在该点处，反射为零。等高线c4使围绕共轭匹配点的圆圈，是反射系数差绝对值相等的点，通过设定反射系数差绝对值就会解析出等高线c4。圈越大，反射越强。图2中a5看进去的阻抗，即为五角星c1的共轭，图3中b5看进去的阻抗，即为方形c2的共轭。

可以看到相比匹配状态zant＝zabsorb^*，如果天线阻抗设定为最大反射阻抗值zant＝zant_max，即天线设置为三角形c3位置，则反射功率在整个图上处于等高线中心位置，也就是处于最大值。

在完成步骤102之后,进行步骤103。

图5为标签灵敏度损失的等高线图。其中，五角星d1为芯片吸收状态阻抗共轭zabsorb^*，方形d2为芯片反射状态阻抗值共轭zreflect^*，三角形d3为计算所得最大反射阻抗值zant_max。等高线d4为标签灵敏度损失mloss的等高线。签灵敏度损失是芯片阻抗与芯片阻抗的函数。确定芯片阻抗之后，天线阻抗就有一个最佳位置，在该点处，灵敏度损失为零。等高线d4是围绕灵敏度损失为零的点的圆圈，是灵敏度损失为相等的点，通过设定灵敏度损失的值能够解析出等高线d4。从图5中可以看到，最大反射功率条件zant＝zant_max,即位于三角形d3位置，mloss＝1.98db,|δγ|＝1.21；最小灵敏度损失条件，zant＝zabsorb^*,即位于五角星d1位置，mloss＝0db,|δγ|＝0.89。所以，据此可以在反射功率最大值和灵敏度最高值之间进行折中。

例如本实施例中，灵敏度损失阈值设定为loss1＝0.5db，那么就可以调整天线阻抗，使得灵敏度损失0.5db等高线上的反射功率值最强。

图6为为标签反射系数差绝对值和标签灵敏度损失的等高线图。其中，五角星e1为芯片吸收状态阻抗共轭zabsorb^*，方形e2为芯片反射状态阻抗值共轭zreflect^*，三角形e3为计算所得最大反射阻抗值zant_max。实线等高线e4为标签灵敏度损失mloss的等高线。虚线等高线e5为标签反射系数差绝对值|δγ|的等高线。菱形e6为loss1＝0.5db标签灵敏度损失等高线上的最大反射功率点。菱形e6的值为zant＝34.36+j278.8ohm。

从图6中可以看到，loss1＝0.5db标签灵敏度损失等高线内的点都能够满足灵敏度需求，但是loss1＝0.5db标签灵敏度损失等高线内的点反射系数差绝对值不同，其反射系数差绝对值从0.6122到1.112。根据步骤103，天线阻抗取值应为菱形e6的值为zant＝34.36+j278.8ohm。

如果没有本发明公开的方法，则天线阻抗设计值将随机落在loss1＝0.5db标签灵敏度损失等高线内。如果取反射系数差绝对值最低点和最高点比较，则本发明的实施例使得超高频rfid标签的反射功率提高了20*log10(1.112/0.6122)＝5.18db。

在本发明的一些实施例中，本发明公开的方法可通过硬件装置、软件或其任何组合实现。硬件装置的示例可以包括处理器、微处理器、电路、电路元件(例如，晶体管、电阻器、电容器、电感器，等等)、集成电路、专用集成电路(asic)、可编程逻辑器件(pld)、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、逻辑门、寄存器、半导体器件、芯片、微型芯片、芯片组，等等。

软件的示例可以包括软件组件、程序、应用、计算机程序、应用程序、系统程序、机器程序、操作系统软件、中间件、固件、软件模块、例程、子例程、函数、方法、进程、软件接口、应用程序接口(api)、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、字、数值、符号，或其任意组合。

一些实施例可例如利用机器可读的存储介质或制品来实现。存储介质可存储指令或指令集，该指令或指令集在被机器执行时可导致机器执行根据实施例的方法和/或操作。这样的机器可包括，例如，任何合适的处理平台、计算平台、计算设备、处理设备、计算系统、处理系统、计算机、处理器或类似物，且可利用任何合适的硬件和/或软件组合实现。

实施例可包括存储介质或机器可读制品。例如，可包括任何合适类型的存储器单元、存储器设备、存储器制品、存储器介质、存储设备、存储制品、存储介质和/或存储单元，例如，存储器、可移动或不可移动介质、可擦除或不可擦除介质、可写或可重写介质、数字或模拟介质、硬盘、软盘、压缩盘只读存储器(cd-rom)、可录压缩盘(cd-r)、可重写压缩盘(cd-rw)、光盘、磁性介质、磁光介质、可移动存储卡或盘、各种类型的数字通用盘(dvd)、带、带盒等。指令可包括利用任何合适的高级、低级、面向对象、可视、汇编和/或解释编程语言实现的诸如源代码、汇编代码、解释代码、可执行代码、静态代码、动态代码、加密代码等任何适合类型的代码。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。