基于特征模式的低成本喷墨打印UHF RFID标签物联网应用系统

摘要： 射频识别（RFID）技术使物联网（IoT）实现了物品识别功能。本文提出一种面向未来物联网应用的低成本智能冰箱系统，该智能冰箱可自动计费并回收金属饮料罐。当检测到产品短缺时，系统会向附近零售商发送补货提醒消息以实现罐体回收。针对金属物品设计低成本、小型化标签天线极具挑战性，特别是在需要单品级标签量产的场景下。为此，本研究创新性地利用金属罐体自身结构作为主辐射体，设计出适用于金属罐的超高频（UHF）射频识别标签天线。通过特征模式分析（CMA）发现：通过加载合适的感性负载，可有效激发金属结构相关的特定特征模式以增强辐射效率。进一步采用导电墨水印刷的小型环形天线（集成曲折偶极子作为感性负载）与RFID芯片连接。当嵌入金属罐时，该标签的3dB带宽完整覆盖860-960MHz全UHF频段。实测显示该RFID标签在全方位的读取距离超过2.5米，验证了方案的鲁棒性。为验证概念可行性，研究团队开展案例测试——将带标签金属罐置于冰箱内实现自动计费，成功读取并计费率达97.5%。本研究为从消费电子到信息娱乐等领域的金属物体追踪应用提供了标签解决方案，对推动物联网发展具有重要启示意义。