Керамическая метка для радиочастотной идентификации (RFID)

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована для идентификации объектов (изделий, товаров и т.п.), в частности для технологии радиочастотной идентификации (RFID), которая может использоваться в логистике, контроле товаров на складах, элементах выставления счетов, кредитных картах, биометрических паспортах и многом другом.
Из существующего уровня техники известна RFID (радиочастотно-идентификационная) метка (патент №CN202548888U, МПК G06K 19/077, дата приоритета 08.02.2012, дата публикации 21.11.2012). Полезная модель раскрывает метку RFID (радиочастотная идентификация), которая содержит диэлектрическую подложку, проводник, микросхему и антенну. Проводник расположен на диэлектрической подложке, микросхема электрически соединена с проводником и антенна электрически соединена с проводником. RFID-метка отличается тем, что антенна уложена на диэлектрическую подложку. Недостатком данного решения является небольшая дальность считывания, маленькая эффективность передачи сигнала.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является дорогая RFID метка на керамической основе и способ ее изготовления (патент №CN103489027A, МПК G06K 19/067, дата приоритета 27.09.2013, дата публикации 01.01.2014). Метка представляет собой керамическую подложку (ВаТiO3 MgTiO3) с высокой диэлектрической проницаемостью, на которую нанесена двухслойная металлическая антенна, согласованная на частоту 920 МГц, в которую вставлен электронный чип. Первый слой антенны представляет собой тонкую медную пленку, на которую нанесен еще один слой из серебра для повышения характеристик эффективности антенны. Сверху металлизация покрыта дополнительным защитным слоем.
Недостатком данного решения является небольшая дальность считывания, маленькая эффективность передачи сигнала, большие размеры.
Задачей заявляемой полезной модели является создание миниатюрных меток для радиочастотной идентификации с большой дальностью считывания и эффективной передачей сигнала.
Сущность заключается в том, что керамическая метка для радиочастотной идентификации (RFID) содержит антенну, выполненную в виде керамического резонатора цилиндрической формы, на котором расположен замкнутый нерезонансный проводник с впаянным в него электронным чипом, при этом геометрические размеры и материальные параметры керамического резонатора выбираются из соотношения [1]:
,
01
r
где  - частота первой моды ТЕ керамического резонатора, равная 900 МГц, с- скорость света в вакууме, ε - эффективная диэлектрическая проницаемость, r-радиус резонатора, h-высота резонатора, π - математическая постоянная, равная отношению длины окружности к ее диаметру. Поставленная задача решается за счет использования токов смещения в керамике с высокой диэлектрической проницаемостью вместо токов проводимости в металлах. За счет данного перехода от токов проводимости к токам смещения также удается достичь субволнового размера разрабатываемых меток. Это связано с тем, что эффекты замедления в проводящих металлах, являющиеся ключом к установлению требуемых условий резонанса, не позволяют уменьшить физические размеры антенны значительно меньше длины волны в свободном пространстве, которая достигает десятков сантиметров. Для токов смещения данное ограничение отсутствует (A.A. Kishk, A.W. Glisson, and G.P. Junker, "Bandwidth enhancement for split cylindrical dielectric resonator antennas" - Progress in electromagnetic reseach, RIER 33. 97-118, 2001).
2
1
Сущность конструкции предлагаемой полезной модели поясняется фиг. , где приведена геометрическая структура керамической метки для радиочастотной идентификации. Она включает в себя керамический резонатор 1 цилиндрической формы радиусом r и высотой h, на котором расположен замкнутый нерезонансный проводник 2 радиусом r с впаянным в него чипом 3.
Керамическая метка для радиочастотной идентификации работает следующим образом.
Устройство считывания посылает волну на пассивную метку (на фиг. не показано), в которой есть керамический резонатор цилиндрической формы 1 и нерезонансный проводник 2 с чипом 3. Пришедшая на метку волна возбуждает магнитный дипольный момент в керамическом резонаторе 1, создавая сильное магнитное поле вдоль оси цилиндра. Часть полученной электромагнитной энергии питает электронику внутри чипа 3 за счет индуктивной связи между керамическим резонатором 1 и проводником 2. Индуктивная связь позволяет трансформировать токи смещения керамического резонатора 1 в токи проводимости в проводнике 2, в который впаян чип 3. Другая часть электромагнитной энергии рассеивается. Электронный чип 3 модулирует рассеянную керамическим резонатором 1 электромагнитную энергию, накладывая, таким образом, закодированную информацию, которую необходимо передать от метки к считывателю. Таким образом, устанавливается беспроводная связь между активным считывателем и пассивной керамической меткой.
2
Сущность заявленной полезной модели поясняется следующим. В качестве материальной составляющей керамического резонатора 1 цилиндрической формы используются диэлектрические материалы с высоким значением показателя преломления. В качестве примера таких материалов можно привести керамику MgO-TiO. Материальные и физические параметры резонатора выбирают таким образом, чтобы при взаимодействии электромагнитного излучения заданной поляризации и частоты с керамическим резонатором 1, в нем возбуждался магнитный диполь (мультипольный момент первого порядка). Электрический диполь и мультипольные моменты более высоких порядков на заданной частоте не вносят существенного вклада в рассеяние от объекта.
2
2
2
В качестве примеров конкретных реализаций керамической метки для радиочастотной идентификации предлагается три образца с разными геометрическими размерами и материальными параметрами. Параметры всех образцов подобраны так, чтобы керамический резонатор 1 имел магнитный дипольный момент на частоте 900 МГц, что соответствует одному из нескольких современных стандартов частоты для радиочастотной идентификации. Первый образец имеет радиус r=19 мм, высоту h=22 мм и диэлектрическую проницаемость 80. Второй образец имеет радиус r=17 мм, высоту h=20 мм и диэлектрическую проницаемость 100. Третий образец имеет радиус r=10 мм, высоту h=15 мм и диэлектрическую проницаемость 270. Размеры метки обратно пропорциональны диэлектрической проницаемости керамики, чем больше диэлектрическая проницаемость, тем меньше геометрические размеры метки.
Таким образом, заявляемая керамическая метка имеет миниатюрные размеры и обладает большой дальностью считывания и эффективной передачей сигнала.