射频识别标签的一种封装装置技术领域
射频识别技术、物流技术
背景技术
射频识别(RFID)技术在实践中的一个巨大挑战是当无源射频识别标签粘贴在物品上，
物品材质中的水分会给射频标签的耦合和反馈能力予以抑制。物流行业的木制托盘是应用最
广泛的一类托盘，木材本身含水分，使用中又会遭受雨淋和潮侵，所以木托盘的含水率比一
般木材更高，对UHF电磁波的吸收很大。当无源超高频标签粘附在木托盘的外表面某个位置，
我们的实验数据揭示其读取距离只有空中读取的1/3甚至1/6。竹、秸秆等生物材质托盘有
同样的问题。本文将此问题简称为“潮湿衰减问题”。
托盘在流转使用的过程中，时刻可能遭受叉车、其他托盘或重物等的碰撞、挤压和刮擦。
雨淋也会直接损坏射频标签。因而安放在托盘上的射频标签必须能够规避和抵抗这些侵害。
条形码在托盘应用上的高损坏率是一个佐证。本文将此问题简称为“外致损坏问题”。
美国专利US7619531B2(2009，Carrender等)公开了一种外置槽口天线(slotantenna)
来扩展射频标签天线的方法，针对某些射频识别标签可以比较好地解决上述两个问题。厚实
的金属槽口天线可以抵抗外部撞击和增加电场耦合及反馈能力，再配合腔体就可以解决“潮
湿衰减问题”。但是该专利也有几个缺点：1、制作复杂：该槽口天线的金属材料厚度要求超
过6.35毫米，标签天线和槽口天线之间需要通过锡焊或导电胶连接；2、槽口透水：具体应
用在托盘上的话要另行增加防水设置；3、会改变射频标签天线的属性，现有市场供应的大部
分标签版式(inlay)无法适用；4、未考虑在安装的问题，需要附加设备来固定。
美国专利US9064163B2(2015，Phaneuf等)公开了一种方法，耦合或连接外部金属线来
扩展无源射频标签的版式天线，这在一定程度上增强了标签天线的电能耦合和发射强度，从
而抵消托盘木材吸收电磁波的一部分损失。该方法也会改变射频标签天线的属性，而且不针
对“外致损坏问题”。中国专利CN202472719U(2012，王淑军)期望通过金属垫层反射或谐
振来增强无源射频标签版式天线的接收和发射，但是没有公开绝缘底板的厚度数据或公式，
难以复制。如其所述，该专利应该可以解决“潮湿衰减问题”，但有可能带来另一个比较大的
麻烦就是金属反射抑制的问题。该专利不针对“外致损坏问题”。
但是射频识别标签技术的最新发展，使得对射频标签天线的任何外置扩展都不一定有效。
世界各主要厂家出品的最新一代的超高频无源标签针对865M～928MHz频段在开启门槛电压和
回放电压上都做了最大优化，任何外置扩展都将改变标签天线的固有特性，破坏标签芯片和
标签天线的最优化配合设计。
中国专利CN201387689Y(2010，王开疆等)公开了一种用高分子材料盖板遮住贴在托盘
上的标签的方法，可以一定程度上使标签免受外部挤撞。不过该盖板会在托盘上形成凸起，
反而会增加标签部位被挤撞的概率。其次，该专利不针对“潮湿衰减问题”。
中国专利CN203601705U(2014，龚卫等)公开了在托盘上钻细长的洞、将无源射频标签
绕卷后植入的方法，针对解决的是“外致损坏问题”，不针对“潮湿衰减问题”。必须提出的
是，我们对该方法的可行性表示怀疑：其一、它与RFID电磁学理论反向而行，缩小了能量耦
合面积并造成电磁波被标签自我遮蔽；其次、虽然业内有电磁近场的应用研究，但目前超高
频识别(UHFID)技术采用的完全是远电场的耦合(capacitive)，而非磁场的耦合(inductive)，
该专利对此有错误表述。所以，该方法不适用于木制托盘，即使在塑料托盘上可用，也会牺
牲读取距离。中国专利CN201231887Y(2009，王金)公开了一种相似的方法，不适用木托盘，
并且其中要求无源射频标签卷绕更多匝数，可行性更值得怀疑。
还有不少专利公开了托盘上射频标签的安放方法，例如中国专利CN203667109U(2014，
张纪明)，因为不针对“潮湿衰减问题”，所以仅适用塑料托盘。本文就不罗列这些专利了。
发明内容
射频识别标签的一种封装装置(下称“本发明”或“本装置”)设计了一种装置来封装射
频识别标签，该装置可嵌入安装在木制物流托盘上，用以解决上述“潮湿衰减问题”和“外
致损坏问题”。本装置也可以应用在面临这类问题的其他场合，比如用于地面埋设射频识别标
签。
本装置主体的形状是一端敞开的空心柱体，即罩子形状的圆柱形或棱柱形壳体，包含一
个底面壳和一个侧面壳，它可以是圆柱壳体(100)，也可以是底面非圆的棱柱壳体(200)。
底面的尺寸取决于被封装的射频识别标签的天线大小，以整个标签天线可以平展于柱壳体的
内底面为宜。
柱壳体内部的空心腔体被一个平行于底面的隔断层分割成两部分。隔断层可以是不可拆
卸的、和柱壳体粘连一体的连体隔断层(520)，也可以是可拆卸的、和柱壳体分体的分体隔
断层(540)。不论是连体还是分体的形式，隔断层和柱壳体的底面之间形成容纳腔体(560)，
用于放置射频识别标签。连体隔断层(520)上有一个槽形开口(522)，用于往容纳腔体置入
和取出射频标签。分体隔断层(540)呈现和柱壳体内底面内接的多边形或曲边多边形，通过
壳体内侧面上的一圈连续的或非连续的凸出纹(542)卡在柱壳体底面和凸出纹之间，把射频
标签夹在隔断层(540)和柱壳体底面之间。凸出纹(542)的位置受下述封装有效高度控制。
容纳腔体(560)到敞口虚底面的平均距离h我们定义为封装有效高度(580)，应当符合
公式：
0.005≤h＜0.63·(φ3/λ)0.5
其中φ是被封装的射频识别标签天线的外接圆直径，λ是读写射频识别标签的电磁波波长，
单位为米。在这个公式范围内，当h值越大，对封装的射频识别标签的读写效果就越好。当
h≈0.62·(φ3/λ)0.5米，射频标签天线的电磁场将从交互近场转入辐射近场，射频标签的读
写效果开始不再有明显增加。本装置的侧高等于封装有效高度(580)、容纳腔体(560)的高
度、底面壳厚度之和。
在柱壳体的外侧面生长有2到4个突出的片状锚定结构(611)或结节状锚定结构(631)，
分布在外侧面四周，形成着力点，用于将本装置安装和固定在其他物体上。片状锚定结构(611)
用于被螺丝或钉子紧固在其它物体上，其上有孔(613)用于螺丝或钉子的通过。结节状锚定
结构(631)用于卡在外部物体的孔洞中以固定本装置。靠近每个结节(631)的两边，柱壳
体侧面被分别切出豁口(633)，以在锚定的方向上增加本装置整体的挠度，使材料可以具有
充分的刚度又可以有足够的形变，这样本装置可以被顺利压入外物的同型坑槽而又不致损坏。
豁口(633)的形状可以是但不限于三角形、长方形、半椭圆形、顶端半圆的条形。豁口(633)
的深度以不损伤连体隔断层(520)或者凸出纹(542)为宜，否则会降低本装置容纳腔体(560)
的防水防潮性能。
柱壳体，包括隔断层，均采用电磁波通透(RF-lucent)而且防水的材料制作，可选用但
不限于：尼龙、乙烯酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚酯、聚烯烃、
聚酰胺、乙烯、硅酮、聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚萘二甲酸(PEN)、聚醚酰亚胺(PEI)、
聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PS)、聚亚苯基砜(PPS)、聚醚砜(PES)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯、
聚酰亚胺、或者其中两种以上物质混合得到的材料。分体隔断(540)还可以采用硬纸片或者
泡沫材料制作。
本发明的有益效果是：
(一)、射频识别标签经本发明封装后，再安装于竹木制物流托盘上，射频标签的读取距
离相较直接粘贴可提高2倍以上，材料中水分对电磁波的吸收作用不再严重影响射频标签的
读取；
(二)、本发明设计了嵌入式安装方法，无突出部的包裹能有效降低射频标签被碰撞、挤
压、或刮擦而损坏的概率；
(三)、本装置的容纳腔体保护射频标签，具有防水防潮的功能；
(四)、本装置不改变射频标签的固有天线属性，不限定标签的干版(dryinlay)或湿
版(wetinlay)，适用市场供应的绝大多数射频标签；
(五)、制作简单：选用本发明选定的电磁通透高分子材料，本装置可以通过注塑或吹塑
一次成型。
附图说明
图1和图2的图组表现的是本发明“射频识别标签的一种封装装置”采用底面为一种曲
边多边形的罩形柱壳体、配置连体隔断层和片状锚定结构的实施例。图1是从敞口一端斜向
柱壳体内部观察的内观图。图2是从实底一端斜向观察本装置外部的外观图暨其四分之一剖
视图，在剖截面上可见连体隔断层、容纳腔体、以及封装有效高度之间的几何关系，以及连
体隔断层和射频标签投放口之间的几何关系。A剖面(901)和B剖面(902)在图中以虚线
框标出。
图3、图4和图5的图组表现的是本发明采用罩形圆柱壳体、配置分体隔断层和结节状
锚定结构的实施例。图3是从敞口一端斜向柱壳体内部观察的内观图。图4是从实底一端斜
向观察本装置外部的外观图暨其四分之一剖视图，在剖截面上可见分体隔断层、凸出纹、容
纳腔体、以及封装有效高度之间的几何关系，可见结节体的截面几何形状。C剖面(903)在
图中以虚线框标出，另一剖面垂直于C剖面成一线。图5是相应的分体隔断层的一种卡片样
式。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可
以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本装置实施例的各部分均采用电磁波通透(RF-lucent)而且防水的材料制作，可选用但
不限于：乙烯酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚酯、聚烯烃、聚酰胺/
尼龙(PA)、乙烯、硅酮、聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚萘二甲酸(PEN)、聚醚酰亚胺(PEI)、
聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PS)、聚亚苯基砜(PPS)、聚醚砜(PES)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯、
聚酰亚胺、或者其中两种以上物质混合得到的材料。
以下是两个实施例。
(一)、采用底面为一种曲面多边形的罩形柱壳体(200)、配置连体隔断层(520)和两
片片状锚定结构(611)的本发明实施例如图1和图2表达的形式和构造。
本实施例封装的射频识别标签型号是Alien公司的ALN-9662，其版式/天线的尺寸为70
×17毫米，读写频段840MHz到928MHz。
本实施例采用电磁波通透而且防水的材料制作，从上文所述电磁通透高分子材料中选定
半硬质PVC。根据PVC材质，壳体厚度确定为2毫米±20％，隔断层厚度为1毫米。
射频标签的天线尺寸加上壳体厚度、射频标签基材的3毫米边距、以及一些冗余，本实
施例中的棱柱壳体(200)的外底面确定为74×31毫米的长方形加上两头分别一个直径31毫
米的半圆。半圆部分的作用是填补旋转刀片(rotarybit)开槽后在槽两头留下的多余部分。
柱壳体内部的空心腔体被平行于底面的连体隔断层(520)分割成两部分。隔断层和柱壳
体的底面之间形成容纳腔体(560)，用于放置射频识别标签。射频标签的置入和取出需要一
定的空间周转，所以确定容纳腔体(560)的高度为4毫米。射频标签通过投放口(522)置
入或取出，它是连体隔断层(520)长度方向上6.5∶3.5位置上的一个槽形开口，宽度确定为
6毫米，长度25毫米，方便射频标签的出入。
由于射频标签天线的外接圆直径φ≈0.072米，射频标签的读写电磁波波长0.323米＜
λ＜0.357米，按照实际应用的需求，确定封装有效高度h(580)为6毫米，可以满足公式
0.005米≤h＜0.63·(φ3/λ)0.5米。
本实施例的装置外侧面高度为封装有效高度(580)、容纳腔体(560)、底壳厚度之和，
等于12毫米。
片状锚定结构(611)生长于柱壳体的两边侧面上，用于被螺丝或钉子紧固在其它物体上。
锚定片(611)的尺寸按图1和图2、相较柱壳体的尺寸同比例缩放。安装本装置到目标物体
上的时候，在目标物体上开凿和柱壳体形状相同的坑槽，将本装置放入，然后将锚定片(611)
钉上即可。锚定片上的孔(613)用于螺丝或钉子的通过。
(二)、选用罩型圆柱壳体(100)、配置分体隔断层(540)和两个结节状锚定结构(631)
的本发明实施例如图3、图4和图5表达的形式和构造。
本实施例封装的射频识别标签型号是Impinj公司的H47，其版式/天线的尺寸为44×44
毫米，读写频段840MHz到928MHz。
本实施例采用电磁波通透而且防水的材料制作。从上文所述电磁通透高分子材料中，壳
体选定的是铸型尼龙。铸型尼龙比较坚硬耐磨，所以确定壳体厚度为0.7毫米±20％，凸出纹
(542)的厚度为0.5毫米。分体隔断层(540)的材料可以从上文所述电磁通透高分子材料
中选取，也可以采用硬纸片或泡沫材料。从成本角度考虑，分体隔断层(540)最终选定0.5
毫米厚的硬纸片制作。
射频标签的天线尺寸加上壳体厚度、射频标签基材剪角后的的3毫米边距、以及一些冗
余，本实施例中的圆柱壳体(100)外底面确定为直径65毫米的圆。
分体隔断层(540)通过壳体内侧面上的一圈连续的凸出纹(542)卡在柱壳体底面和凸
出纹之间，平行于底面，从而把射频标签夹在分体隔断层(540)和柱壳体底面之间形成的容
纳腔体(560)内。这个容纳腔体(560)的高度只需要1毫米。分体隔断层(540)是在柱壳
体底面内接的圆形材料的基础上、在圆心的两边分别剪切出25％初亏，这样比较容易卡进凸
出纹(542)和底面之间。
由于射频标签天线的外接圆直径φ≈0.062米，射频标签的读写电磁波波长0.323米＜
λ＜0.357米，按照实际应用的需求，确定封装有效高度h(580)为7毫米，可以满足公式
0.005米≤h＜0.63·(φ3/λ)0.5米。
本实施例的装置外侧面高度为封装有效高度(580)、容纳腔体(560)、底壳厚度之和，
等于9毫米。
在敞口一端，结节状锚定结构(631)生长于圆柱壳体(100)的两边外侧面上，用于卡
在外部物体的孔洞中以固定本装置。结节状锚(631)的截面呈直角三角形，设定突出距离3
毫米，使其方便压入，防止脱出。但其它实施例结节状锚的形状并不限于三角形，突出尺寸
也不限于3毫米。
靠近每个结节状锚(631)的两边，柱壳体的侧面壳被分别切出豁口(633)，以在结节状
锚(631)的方向上增加本装置整体的挠度，使材料在保持充分刚度的情况下又可以有足够的
形变，以使结节状锚(631)被顺利压入外部圆形坑槽中而又不致损坏本装置。豁口(633)
的形状采用三角形，缺口边4毫米宽。豁口(633)的深度刚好触及凸出纹(542)，保证容纳
腔体(560)的防水防潮性能。安装本装置到目标物体上的时候，在目标物体上钻开和柱壳体
大小相同的圆形坑槽，在圆槽底边继续为结节锚钻两个小孔，将本装置压入到卡住的位置。
本实施例材料满足下述刚度和挠度要求：允许本装置发生一定的非破坏性形变，以便结
节状锚(631)顺利压入与本装置同尺寸的圆形坑槽中；当结节状锚嵌入对应孔洞后，本装置
立即回复并保持原型。