刺绣法超高频射频识别标签的设计和性能研究

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在纺织单品的生产、物流和零售管理中,依靠传统的条形码纺织单品进行监控与追踪的方法耗费人力,供应链效率低下。射频识别技术作为一项自动识别技术,具有信息传输与存储的功能,可对多标签进行读取,且不受视线所及的限制,完成一定距离内的信息读取操作。相比于传统的条形码,射频识别技术有着明显的优势,在供应链管理中可对其进行充分的利用。
  超高频射频识别( UHF RFID , Ultra High Frequency Radio Frequency Identification)标签多以纸质或塑料薄膜为载体,但对于纺织单品来说,这种柔性材料不易与纺织服装相结合,同时影响纺织品的舒适性。采用刺绣法制备的 UHF RFID 标签可与纺织服装直接结合,具有较好的共形性,导电纱线构成的标签天线辐射单元抵抗外力作用的能力较强,并且制备过程无化学污染。有关刺绣射频识别标签的相关研究国内比较空缺,与此同时,国外较多研究对于刺绣形式的描述采用较为笼统的总刺绣针数与导电纱间隔进行表征,这种方法存在一定的弊端,考虑到不同的刺绣针迹长度与不同的导电纱线直径,无法为后续的刺绣射频识别标签提供较为准确的参考。
  针对上述情况,本文较为系统地从UHF RFID标签天线的设计、刺绣法加工工艺以及射频识别标签的读取性能三方面展开研究。
  首先,通过对射频识别标签天线的结构仿真,研究了不同几何参数对铜箔标签天线输入阻抗的影响,并得到与标签芯片阻抗相匹配的天线结构。采用单探针法进行铜箔标签天线输入阻抗的测量,并利用导电胶完成超高频铜箔标签的制备。最终测得铜箔UHF RFID标签的读取距离为10.4m。
  其次,在优化后的铜箔标签天线几何结构基础上,提出了具有最小重复方格结构的刺绣型标签天线可控形式,并探究该刺绣形式的可行性。以最小方格中导电与不导电部分尺寸的比值来定义刺绣密度,并研究不同比值对标签天线输入阻抗的影响。研究发现,当该比值为1.5 时,标签天线的输入阻抗可与标签芯片达到较好的匹配效果。利用田岛刺绣机完成刺绣加工,最终的刺绣UHF RFID标签的最大连续读取距离为7.0m。
  最后,基于上述研究内容,本文提出了一种基于变形偶极子的UHF RFID标签天线结构,该标签天线带有T型匹配结构,通过几何参数的优化和采用的导电与不导电部分比值为1.5的刺绣密度完成该刺绣标签的制备,并研究了堆叠厚度与角度对该标签读取性能的影响。经研究测试,该变形UHF RFID标签的读取距离为7.11m,若采用棉型机织物对标签进行遮挡,当堆叠厚度的达到20mm时,标签的读取距离减小2.15m。另外,若在实际的应用场景中,设计的变形刺绣电子标签的水平旋转角度不宜超过60°。
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