本发明涉及一种控制超高频近场rfid系统的标签识别范围的方法。
背景技术：
物联网的发展日新月异，而作为物联网万物互联基石的超高频rfid(radiofrequencyidentification，射频识别)技术正在从物品的大包装电子标签、托盘电子标签向着单品级电子标签迈进。然而，在实际使用中，超高频rfid单品标签要么漏读、要么误读，总是难以获得令人满意的识别率。这是因为超高频rfid技术基于电磁场的辐射原理导致的。周围环境会对电磁场的反复进行反射和折射，以及液体和金属对标签天线匹配性能的影响，另外由于电磁场辐射远场中场的衰落规律等因素综合起来造成了整个识读区域内外电磁场强区和盲区的随机性、不确定性、和易扰动性，从而导致漏读和误读问题。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种能够较为精准地控制电子标签的识别范围的控制超高频近场rfid系统的标签识别范围的方法。
一种控制超高频近场rfid系统的标签识别范围的方法，包括以下步骤：
采用非近场天线或非近场天线的组合连接超高频rfid阅读器作为馈源；
以半波长导体为基础结构单元，利用所述馈源激发所述基础结构单元，以于所述半波长导体的周围形成超高频rfid系统的有效识别范围，所述有效识别范围用于识别超高频近场rfid标签。
在其中一个实施方式中，所述利用所述馈源激发所述基础结构单元，以于所述半波长导体的周围形成超高频rfid系统的有效识别范围的步骤包括：邻近所述非近场天线设置所述半波长导体，以使所述非近场天线的线极化方向与所述半波长导体的长度方向平行，从而于所述半波长导体周围形成所述有效识别范围。
在其中一个实施方式中，所述邻近所述非近场天线设置所述半波长导体的步骤之前还包括以下步骤：根据仿真模拟半波长导体的结果确定并提供所述半波长导体，以使得所述半波长度导体的等效电长度与半波长相等。
在其中一个实施方式中，所述根据仿真模拟半波长导体的结果确定并提供所述半波长导体的步骤包括：等比例扩大或者缩小所述半波长导体并同时检测所述半波长导体的感应电流值；以及确定所述感应电流值的最大值，并获取对应的半波长导体尺寸。
在其中一个实施方式中，所述等比例扩大或者缩小所述半波长导体的步骤包括：拼接多个半波长导体单元以形成所述半波长导体，等比例扩大或者缩小所述多个半波长导体单元的尺寸，以使处于中心位置的半波长导体单元具有感应电流值的最大值，使得每个半波长导体单元的实际尺寸发生变化，而通过各个半波长导体单元之间的互耦作用，所述半波长导体的等效电长度仍为半波长。
在其中一个实施方式中，所述半波长导体为半波长直导体，所述半波长直导体的长度方向与所述非近场天线的线极化方向平行。
在其中一个实施方式中，所述半波长导体包括半波长蜿蜒线导体。
在其中一个实施方式中，所述半波长蜿蜒线导体构成正方形区域，所述半波长导体的长度方向为所述正方形区域的对角线方向。
在其中一个实施方式中，所述半波长导体由多个所述半波长蜿蜒线导体拼接而成。
在其中一个实施方式中，所述半波长导体为多个所述半波长蜿蜒线导体拼接而成的正方形导体，所述多个半波长蜿蜒线导体的长度方向均互相平行，每个所述半波长蜿蜒线导体旋转90度后与邻接的任一个所述半波长蜿蜒线导体均镜像对称设置。
本发明直接使用非近场天线作为馈源，由于空间中占绝对主导位置的是电磁远场，所以除了在非近场天线附近几个毫米的极小区域外，其它位置均无法识别超高频近场rfid标签，然后，本发明以半波长导体来构建所需的超高频rfid系统的有效识别范围，从而达到精确控制近场标签识别范围、在识别范围内避免盲区和标签漏读、以及突破近场天线的识读范围限制的目的。
附图说明
图1a及图1b为普通的近场电子标签的平面示意图。
图2为半波长直线导体中的电流与波长的曲线图。
图3a为一实施例的偶极子天线的平面示意图。
图3b至图3d分别显示三种半波长导体的有效识别范围。
图4为一实施例的组合式半波长导体的平面示意图。
图5为一实施例的有效识别范围的电磁仿真的结果示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1a及图1b，一种rfid标签，需要使用专门设计的读写器近场天线来辅助识别。读写器近场天线的一般原理是通过改变多个电流辐射单元的相位，令读写器天线周围的一定范围内存在较为均匀分布的磁场，达到与近场电子标签彼此耦合的目的。述近场电子标签看起来就是一个小环。因此近场电子标签是通过磁场耦合与读写器天线发生作用的。然而，这种方法仍然存在局限性，主要表现在：1)可靠识读范围的面积较小，大致为直径半波长到0.75个波长的圆形区域；2)在可靠识读范围以外，仍然可能存在磁场强区，造成近场电子标签的误读；3)实现成本较高。
本发明提供了一种精确控制超高频rfid技术识别范围的方法。这种方法首先要求使用超高频近场rfid标签作为管理物品的电子标签。
根据基本天线设计理论，可以知道半波长长度的偶极子天线具有最佳的辐射特性，其中心位置的电流幅度最大，如图2所示。根据天线互易原理，一个半波长直线导体，在与其相同极化方向的天线激励下应当具有最大的中心位置电流，且导体两端电流近似为零，整段导体上电流方向一致。就这样在半波长导体附近可以形成具有近场特性的磁场分布。而在靠近中心电流较强的位置附近的磁场，足以激活超高频rfid近场标签，并提供足够标签发送数据的能量。上述结论可以推广到任意等效电尺寸为半波长的导体结构。
请参阅图3a至图3d，在一实施例中，一种控制超高频近场rfid系统的标签识别范围的方法，包括以下步骤：采用非近场天线或非近场天线的组合连接超高频rfid阅读器作为馈源；以半波长导体为基础结构单元，利用所述馈源激发所述基础结构单元，以于所述半波长导体的周围形成超高频rfid系统的有效识别范围，所述有效识别范围用于识别超高频近场rfid标签。
本发明直接使用非近场天线作为馈源，由于空间中占绝对主导位置的是电磁远场，所以除了在非近场天线附近几个毫米的极小区域外，其它位置均无法识别超高频近场rfid标签，然后，本发明以半波长导体来构建所需的超高频rfid系统的有效识别范围，从而达到精确控制近场标签识别范围、在识别范围内避免盲区和标签漏读、以及突破近场天线的识读范围限制的目的。例如，所述非近场天线即为偶极子天线。例如，所述半波长导体的等效电长度与半波长相等，且所述偶极子天线的线极化方向与所述半波长导体的长度方向平行设置。
上述的半波长导体中，由于所述半波长导体的等效电长度与半波长相等，且所述偶极子天线的线极化方向与所述半波长导体的长度方向平行设置，使得半波长导体的中心处的感应电流幅度最大，且所述半波长导体的电场所产生的磁场表现出明显的无盲区的强磁近场特性。
图3a至图3d示出了在偶极子天线的激励下，不同的半波长导体结构如何呈现出不同的近场标签识别范围。虚线围成的阴影部分就是单个半波长导体结构所形成的有效识别范围。可以从中看出，半波长导体靠近中心的那部分所围成的区域即可近似认为是该导体所构建出的有效识别范围。
例如，为了便于制造所述控制超高频近场rfid系统的标签识别范围的方法，所述非近场天线为半波长偶极子天线。所述半波长导体为半波长直导体，所述半波长直导体的长度方向与所述非近场天线的线极化方向平行。通过将所述非近场天线为半波长偶极子天线使得所述控制超高频近场rfid系统的标签识别范围的方法可以采用普通的半波长偶极子天线或者天线组合作为馈源，从而降低其成本，便于制造。
例如，请参阅图4，为了便于形成预设的有效识别范围，所述半波长导体包括半波长蜿蜒线导体。所述半波长蜿蜒线导体构成正方形区域，所述半波长导体的长度方向为所述正方形区域的对角线方向。所述半波长导体由多个所述半波长蜿蜒线导体拼接而成。所述半波长导体为多个所述半波长蜿蜒线导体拼接而成的正方形导体。所述多个半波长蜿蜒线导体的长度方向均互相平行，每个所述半波长蜿蜒线导体旋转90度后与邻接的任一个所述半波长蜿蜒线导体均镜像对称设置。所述正方形导体的边长为82毫米。通过多个半波长蜿蜒线导体的组合，从而使得所述半波长导体的有效识别范围形成矩形。例如，所述有效识别范围为矩形区域。通过半波长导体结构的排列组合就能形成多种多样的有效识别范围。图4通过4个半波长导体单元的组合形成了近似正方形的有效识别范围。
例如，所述利用所述馈源激发所述基础结构单元，以于所述半波长导体的周围形成超高频rfid系统的有效识别范围的步骤包括：邻近所述非近场天线设置所述半波长导体，以使所述非近场天线的线极化方向与所述半波长导体的长度方向平行，从而于所述半波长导体周围形成所述有效识别范围。例如，所述邻近所述非近场天线设置所述半波长导体的步骤之前还包括以下步骤：根据仿真模拟半波长导体的结果确定并提供所述半波长导体，以使得所述半波长度导体的等效电长度与半波长相等。例如，所述根据仿真模拟半波长导体的结果确定并提供所述半波长导体的步骤包括：等比例扩大或者缩小所述半波长导体并同时检测所述半波长导体的感应电流值；以及确定所述感应电流值的最大值，并获取对应的半波长导体尺寸。例如，所述等比例扩大或者缩小所述半波长导体的步骤包括：所述等比例扩大或者缩小所述半波长导体的步骤包括：拼接多个半波长导体单元以形成所述半波长导体，等比例扩大或者缩小所述多个半波长导体单元的尺寸，以使处于中心位置的半波长导体单元具有感应电流值的最大值，使得每个半波长导体单元的实际尺寸发生变化，而通过各个半波长导体单元之间的互耦作用，所述半波长导体的等效电长度仍为半波长。
请参阅图5，在一实施例中，使用标准偶极子天线作为馈源，天线的输入功率为2瓦，这种配置方式符合国家关于rfid使用的规范限制。超高频近场标签选用impinj公司(英频捷公司)的j41型近场标签，其被识别需要的磁场强度约为-23dba/m(分贝*安/米)。我们采用157个半波长蜿蜒线导体单元构成了104厘米长、29厘米宽的整齐的长方形的近场标签有效识别范围。图5是电磁仿真的结果，图中描绘了偶极子天线激励下，157个半波长蜿蜒线导体单元组成的平面周围2毫米处的磁场分布。图中中部的矩形黑色区域表示垂直于平面的磁场强度达到了有效识别近场标签的要求。可以看出整个近场标签有效识别范围界限清楚，范围内不存在明显的识别盲区，且长度104厘米约为3个波长，极大突破了目前近场天线的识别范围限制。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。