CN106785331A - 应用于黄金珠宝行业的线极化近场天线的智能柜台*** - Google Patents

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Abstract

一种含近场线极化天线阵列的智能柜台***，包括抗金属电子标签、微天平称重、图像采集、实时盘点、销售安全监控***和资产管理数据库***；每件黄金/珠宝物品配置有smart‑RFID防拆标签，***通过线极化近场天线单元/阵列射频信号对每件物品所处的状态如库存、待销售、已销售和售后等过程进行信息交互，并根据smart‑RFID标签信息进行不同类别物品的信息进行查询和自动统计。该***控制***由各个独立的控制模块组成，各个模块除自动执行相关操作，也可以接收云端/web服务器发送的控制指令；本发明可实现对多柜台、多店铺的黄金/珠宝资管***的分布式控制，使每个模块都具有控制能力，提高了***的灵活性，减少了经营者日常盘点时间。

Description

应用于黄金珠宝行业的线极化近场天线的智能柜台***
技术领域
本发明涉及智能柜台***，特别涉及一种应用于黄金珠宝行业的线极化近场天线的智能柜台***，可对摆放在智能柜台内的珠宝进行在线监控和实时盘点功能。
背景技术
射频识别技术(Radio frequency identification，RFID)是一种利用射频技术实现的非接触式自动识别技术。RFID***一般由电子标签(tag)、读写器(reader)和数据库管理单元三个部分组成；通过附有编码的标签及其标签上附有的天线，读写器与标签进行非接触的高速数据传输和完成自动识别过程。其工作原理是标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，由此在标签包含的天线结构所获得的能量发出存储在芯片上的信息(无源标签)；或者主动发送出某一频率的信号(有源标签)。读写器读取信息并解码后，送至数据管理***进行数据处理。RFID读写器由天线、射频收发模块、信号处理单元、控制单元和接口电路组成。射频收发模块完成射频信号接收、发射、调制解调好功率控制功能；信号处理单元主要功能为防冲突算法的实现和信息加密、解密、校验和纠错；控制单元协调整个读写器的工作；接口电路完成读写器和数据管理***之间的数据传输。数据管理***由数据库完成数据的存储和管理，它通过各种接口和分布于各处的RFID读卡器通信，实时获取RFID读写器捕获的标签信息。
在珠宝行业都存在着专卖店的专卖柜台盘点问题，作为珠宝行业，因为每天进行销售的产品都是价值比较高的珠宝首饰，对货物的盘点工作十分重要；通过对货品的盘点工作，可以及时了解各种产品的销售情况，有助于帮助完成公司对各类产品市场接受力的数字分析，同时也可以对珠宝的数量进行核对，减少产品的丢失，以及管理出错等诸多问题。但目前的珠宝盘点工作基本是通过人工手工操作完成，且珠宝产品存在体积小，数量大的实际情况，大数量的产品由少量的营业人员进行盘点，就造成了盘点工作费时巨大的实际情况。有数据表明一个普通的珠宝店对店内的产品进行一次盘点工作平均需要五个小时左右。盘点效率问题导致了各个珠宝店无法做到对产品每日或每周进行盘点。
针对以上问题，本发明提出的把smart-RFID电子防伪标签设计及其应用于黄金珠宝批发/零售行业的智能柜台***是针对现阶段黄金珠宝行业中的生产商、批发商和零售商所使用的标签是以条形码/二维码等光学防伪技术而引起的诸多问题而提出的一种解决方案。例如，当前珠宝批发/零售行业的经营者所使用的标签是附属于待售物品上的条形码/二维码等光学编码的纸质防拆标签，若经营者要实现每日对成千上万件物品的盘点任务，需要耗费大量的时间，人力和物力，而且几乎是件不可能完成的任务。为此，当前行业内各门店所采用每月盘点的解决方案；而在该标签基础上增加电子信息码(全球唯一的电磁编码)，不仅可以保留条形码等光学信息编码，还可以通过电磁编码实现非接触读写功能，方便了黄金珠宝行业内各厂家，批发商和零售商的日常管理工作，并节省了大量的人工用量和日常的盘点业务的时间；零售商可以实现货品防伪功能和提高安全性的同时可通过该管理***的展示子***或会员子***，用户可以了解新产品推广信息，已购物品的维修保养信息等服务。作为零售商可以实现物品的快速盘点和自动盘点，以及防盗预警功能，同时实现在珠宝流通过程中的全生命周期管理已经实现对于消费者的二次营销；对消费者而言，便于真伪查询及退换和维修保养等服务，同时方便了各门店经营者提供后续的增值服务；对厂商而言，在实现防伪功能同时还提高了品牌管理和品牌增值；通过各个门店智能柜台***得到摆放在柜台上的每一件待售物品的信息进行有效管理。例如，通过对该物品的实时在线监控***可以得到该物品是否离开柜台，离开柜台的时间以及是否被正常销售等信息，从而得到对单一物品的顾客感兴趣度的量化数据；通过对各门店及其智能柜台上对待售物品种类形成大数据信息，可了解客户需要，分析客户特征，评估客户价值，从而为客户制订相应的营销策略与资源配置计划。将电子标签技术引入黄金珠宝资产管理中，使黄金珠宝销售管理自动化管理提升了一个台阶。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于黄金珠宝行业的近场线极化天线的智能柜台***，基于smart-RFID标签，以实现对集团所属门店内的分布在智能柜台***内的天线模块进行独立的控制，提高***的灵活性和减少了***响应时间。该***作为基于smart-RFID电子标签及其黄金珠宝行业的资产管理***的子***，是利用smart-RFID电子标签中电磁编码的唯一性作为数据库管理的主索引关键字，并与其外表面印刷的如二维码光学信息编码相结合，使smart-RFID标签与该二维码(或条形码)和证书号、品名、重量等信息一一对应，并实现数据绑定；并与安装在保险柜附近的快速入库***如物品称重***和图像采集***等进行协同，可实现对摆放在柜台中的待销售物品的实时盘点、防伪甄别和资产管理等目标。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
应用于黄金珠宝行业的线极化近场天线的智能柜台***，包括附属在每件珠宝产品的可折叠蛇形负载超高频电子标签，以阵列形式分布式安装于柜台下面的固定式近场线极化天线；连接固定式近场线极化天线的多路天线读写器；与多路天线读写器相连接实时盘点工作站；实时盘点工作站对阵列安装在柜台下的固定式近场天线进行控制，并实现对摆放在智能柜台上的物品所附属的电子标签进行读写控制，把所监控物品信息包括该物品所属门店、所属门店的智能柜台及其天线位置信息，是否离开柜台，离开柜台的起止时间以及是否被正常销售信息并保存在实时盘点工作站，实时盘点工作站能够独立工作于本地数据库管理***，也能够与云端数据库管理***进行协同。
所述的实时盘点工作站在物理上位于门店内，是连接云端网络和本门店之间的中间层部分，主要负责对本门店内各柜台上的天线进行控制即注册和盘点工作以及响应云端网络数据库的服务请求，实时盘点工作站的数据库和云端网络数据库均包含对读写器和天线两个主要硬件进行描述的数据表，其中对天线读写器表格包含的主要字段有“天线读写器编号(id)”，“网络地址(ip)”，“网络端口号”和“所在门店编号(id)”，而天线表格包含的主要字段有“天线编号(id)”，“天线名称”，“天线序列号”，“所在柜台编号”，“所在读写器编号(id)”和“所在读写器接口编号(id)”，对每个天线所监控的标签编码列表采用数组结构存储于实时盘点工作站的内存；由于门店内所有物品在快速入库阶段通过专用入库设备已将待售物品的有关信息打印至RFID标签上，进行对其进行一对一的数据绑定并上传至云端数据库***，实际上实时盘点工作站仅在第一次阅读时向云端网络数据库上传“在柜状态”的RFID标签列表和数目，此后，仅上传新加入柜台的标签编号；而在收银台销售的物品则是在收银台处向网络数据库发送请求将标签的当前状态从“在柜”状态更新为“已售”状态；实时盘点工作站对于处于“在柜”状态的标签进行监控，如果其离开柜台且在约定时间内未能修改其状态，则将在收银台的计算机窗口弹出警告信息进行报警。
所述的电子标签采用可折叠蛇形负载超高频RFID电子标签，RFID电子标签包含有通用的RFID芯片和标签天线；RFID芯片包括Imping m4D或Alien H3芯片，通用芯片Monza5,Monza4D和大内存芯片Monza 4QT，电子标签的天线通过蚀刻、线圈绕制、导电油墨的丝网印刷或磁控溅射的方法进行制作，天线结构的尺寸为14.5mm╳14.5mm,天线工作的中心频率在915MHz，回波损耗S11＝-21.35dB，驻波比小于2(-10dB)时的工作带宽为38MHz(897～936MHz)，相对带宽为10.6％，所述的标签天线在正常销售以后，蛇形次结构部分在收银台被剪断，导致标签天线结构的谐振中心频率偏移至940MHz以外。
所述的固定式近场天线类型属于近场线极化天线，单元结构分为上层的信号辐射层2-5和下层的信号反射层2-2，中间层为导通层2-4，在导通层2-4和信号反射层2-2之间加入绝缘层2-3，绝缘层2-3采用内含有宽度为2毫米、厚度为10微米的工字型导电电路FR4介质复合板，上层的信号辐射层2-5分为四个结构完全相同的多边形结构辐射单元，每个辐射单元又有四个安装小孔，每个辐射单元上端的三个安装孔和含有两端带有螺纹孔的高度为8.5cm的通用接线柱与反射层2-2相连接，每个辐射单元体的下端另一个安装孔与含有两端带有螺纹孔的高度为7.5cm的通用接线柱与工字型FR4介质复合板相连接，FR4介质复合板也需要通过螺钉与信号反射层2-2相固定，此外，导通层2-4的馈电方式采用同轴线对辐射层2-5的四个大的辐射单元分时馈电，同轴线的另一端与射频连接器2-6的SMA接头相连接，对单个固定式近场天线(48cm╳40cm╳7.5cm)封装可注入ABS塑料所形成保护层，加上保护层的总尺寸为50cm╳42cm╳10cm。值得注意的是实际柜台的安装如果没有保护层结构，并不影响天线的电磁功能。
所述的固定式近场天线属于近场线极化天线，天线单一单元的频率响应特性为：当S11<-10dB时，频率分布在897MHz～936MHz之间，中心谐振频率在915MHz附近；当标签频率的响应频段大于925MHz，天线性能迅速降低，即每增加1MHz，S11降低0.09dB；同样地，当频率小于882MHz，每降低1MHz，S11降低0.12dB,天线性能迅速降低。
所述的固定式近场天线属于近场线极化天线，20dB输出功率对应于标签位置距离天线参考面为50～60厘米高度，15dB输出功率对应于标签位置距离天线参考面为15～20厘米高度，以及10dB输出功率对应于标签位置距离天线参考面为10～15厘米高度。
所述的固定式近场天线单元能够扩展为各种阵列结构，固定式近场线极化天线的另外两种规格尺寸分别为48cm╳50cm和48cm╳60cm；由此可产生的组合可满足多种尺寸柜台一共为6种，如48cm╳80cm，48cm╳90cm，48cm╳100cm，48cm╳110cm，48cm╳120cm，48cm╳130cm，48cm╳140cm，48cm╳150cm和48cm╳180cm，由于上述的线极化天线单元包含完整结构的四个辐射单元，称为I型天线，为了满足对非标准柜台情形下对线极化天线的需要，天线辐射层2-5的四个多边形单元去除其中的1～3个，并在其去除单元与FR4介质板的连接处代替为50欧姆的射频负载，而其下方的反射层部分按照柜台形状进行任意切割，以满足实际柜台尺寸的特殊尺寸要求，该型天线称为II型天线。
所述的多路天线读写器可采用与固定式近场线极化天线相匹配的通用的商用型硬件，选型可根据实际柜台大小及其分布情况选择单通道、2通道、4通道、8通道、16通道和32通道设备。
所述的实时盘点工作站含计算机及其管理软件，可控制多路天线读写器以实现对摆放在天线单元的保护层上表面正上方为参考面上高度为10cm～60cm和探测范围为50cm╳50cm范围内的任意位置的电子标签进行读写操作。
所述的云端网络数据库服务器可采用通用的商用类型电子标签或新型标签。
本发明天线单元尺寸为常规标签天线尺寸300倍以上，并可应用于RFID超高频天线的智能柜台***，可对任意摆放在智能柜台上附属于物品上常规低成本的纸质的防拆除的标签进行近距离读写的线极化近场天线单元和阵列的解决方案，该方案是在不修改常规标签的天线设计和常规读写器的条件下，通过一种新型的天线设计，以实现对在柜物品的在线监控，实时盘点和顾客行为分析功能。该天线结构具有安装方便、易扩展、带宽大等良好的特点，能够满足各种基于RFID射频应用***中的标签读写器对于近场天线的具体要求。
附图说明
图1为本发明的一实施例的用于珠宝产品的一种可折叠蛇形负载超高频电子标签示意图。
图2为本发明的一实施例的可折叠蛇形负载超高频电子标签天线在不同负载下的回波损耗图。其中O-O对应于蛇形天线部分未剪断情形，A-A，B-B，和C-C分别对应于图1所标的三种在不同位置剪断下的回波损耗图。
图3为本发明的一实施例的固定式线极化近场天线单元结构的俯视图。
图4为本发明的一实施例的固定式线极化近场天线单元结构的侧视图。
图5为本发明的一实施例是固定式线极化近场天线单元结构在自由空间中的回波损耗图。
图6为本发明的一实施例是固定式线极化近场天线单元在距离天线上表面不同高度的近场电场分布特征。
图7为本发明的一实施例是固定式线极化近场天线单元的3╳1阵列结构示意图。
图8为本发明实施例一的固定式线极化近场天线单元的3╳1阵列结构在距离天线上表面不同高度的近场电场分布特征。
图9为本发明实施例二的固定式线极化近场天线单元的回波损耗的实际测试结果。
图10为本发明的一实施例是智能柜台的***结构图，揭示多路天线读写器，柜台，天线单元/阵列，标签和物品之间的安装关系。
图11为本发明实施例四描述的总高度为4毫米的其他三种规格固定式线极化近场天线单元的结构图(图中标准单位为毫米)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参照图10，应用于黄金珠宝行业的线极化近场天线的智能柜台***柜台下的固定式近场线极化天线(包括I型和II型)进行控制，并实现对摆放在智能柜台上的物品所附，包括附属在每件珠宝产品的可折叠蛇形负载超高频电子标签，按阵列形式安装在柜台下面的固定式近场线极化天线；连接固定式近场线极化天线的多路天线读写器；与多路天线读写器相连接实时盘点工作站；实时盘点工作站对阵列安装在属的电子标签进行读写控制，把所监控物品信息包括该物品所属门店、所属门店的智能柜台及其天线位置信息，是否离开柜台，离开柜台的起止时间以及是否被正常销售信息并保存在实时盘点工作站；实时盘点工作站能够独立工作于本地数据库管理***，也能够与云端数据库管理***进行协同。
为了减轻对云端数据库管理***的访问数据量，所述的实时盘点工作站在物理上位于门店内，是连接云端网络和本门店之间的中间层部分，主要负责对本门店内各柜台上的天线进行控制即注册和盘点工作以及响应云端网络数据库的服务请求。其具体工作过程是这样的：在门店每日营业前需要将本门店保险柜内已经挂好标签的且摆好盘的珠宝物品按照约定好的时间范围内移动至柜台上(约定时间根据本门店实际情况，通常设定为30分钟，超过该时间将启动报警功能)；位于柜台下方的天线将对本天线监控范围内的物品进行第一次阅读过程，并校验在物品移动过程中是否丢失(若遗失将预报遗失物品的RFID号码列表及其照片和重量等信息)，并把相关信息保存在本地和上传至云端数据库(需要在云端数据库对本门店的物品列表进行查询，并在该表的“当前状态”字段的属性值从“在库状态”修改为“在柜状态”)，这是门店开门前的准备工作；在销售过程中，对于替换已销售物品位置的新物品，工作站将检测到新的RFID标签号码进行注册，并把该标签号码在云端的相应位置(“当前状态”字段的属性值从“在库状态”修改为“在柜状态”)。对实时盘点工作站而言，物品的“当前状态”字段值只有3种，即“在库”，“在柜”和“异常”状态，在物品从保险柜移至柜台过程中分别经历“在库”，“异常”和“在柜”三个阶段；如果物品在约定时间内移动至柜台，将只有前两个阶段，即没有及时在约定时间内把当前状态从“异常”修改为“在柜”将视为物品遗失，将触发报警装置并通知门店管理者。实时盘点工作站在完成第一次对各个柜台下天线的阅读后，就完成了对本门店的天线读写器编号及其读写器编号下的每个天线编号下的标签编号列表的注册工作，此后的阅读过程中对当个天线下所监控的标签数目如果没有变化将不再进行进一步处理(上传至云端数据库)，如果检测到新标签编号，将采用事件触发模式对新标签编号的***实时盘点工作站下相应数据库的列表中，而处于当前工作状态的天线所扫描到的标签列表信息将缓存在其多路天线读写器内存中。该算法充分利用了当前多路天线读写器普遍采用的硬件存储设计方案，即每个标签编号是32位字节，按照每米300个标签密度情况下，每个天线实际监控的标签数目为150个左右，所需要的存储量仅为5K字节，远小于当前多路天线读写器的内存。总之，实时盘点工作站仅需对必要数据才进行上传工作，这样大大减轻了云端网络数据库的访问数据量，而且，最大上传数据量的发生事件在本门店营业前的准备过程中。当实时盘点工作站接到来自云端网络数据库的访问请求时，将对其具体服务请求进行响应。例如，门店管理者可以通过手机终端，手持机或计算机终端连接至云端网络数据库***，可查询到该门店的所有“异常”状态的物品数目，“在柜”物品数目和“实时监控”物品数目三项内容。该操作实际上是云端网络数据库对本地实时盘点工作站发出的一次请求，实时盘点工作站将对本地数据库的三项内容进行统计并把统计结果返回云端并显示该结果。如果想进一步查看处于“在柜”状态中物品列表，对“在柜”状态列表中的某一具体物品及其所在读写器编号、天线编号或物品信息等信息进行查询时，云端数据库将再次对实时盘点工作站发生进一步信息查询请求，实时盘点工作站根据该请求，通过以RFID编号为主索引关键字对本地数据库进行查询并把查询结果返回云端数据库***。通过本地数据库查询到RFID编号所在的天线编号和读写器编号，云端数据库***还可以进一步对该读写器编号的所在天线编号发送指令和实时查询以确认其是否在柜台内。
实时盘点工作站的数据库和云端网络数据库均包含对读写器和天线两个主要硬件进行描述的数据表，其中对天线读写器表格包含的主要字段有“天线读写器编号(id)”，“网络地址(ip)”，“网络端口号”和“所在门店编号(id)”，而天线表格包含的主要字段有“天线编号(id)”，“天线名称”，“天线序列号”，“所在柜台编号”，“所在读写器编号(id)”和“所在读写器接口编号(id)”。由于对已经布置好天线和天线读写器的门店而言，该表数据表的数据是不变的，除非硬件布置发生变化。而对每个天线所监控的标签编码列表采用数组结构存储于实时盘点工作站的内存，便于提高读写器的更新速度。
由于门店内所有物品在快速入库阶段通过专用入库设备已将待售物品的有关信息打印至RFID标签上，进行对其进行一对一的数据绑定(物品类型，标签RFID号，图片，重量等信息)并上传至云端数据库***，实际上实时盘点工作站仅在第一次阅读时向云端网络数据库上传“在柜状态”的RFID标签列表和数目，此后，仅上传新加入柜台的标签编号；而在收银台销售的物品则是在收银台处向网络数据库发送请求将标签的当前状态从“在柜”状态更新为“已售”状态，因此不属于实时盘点工作站管理的内容。实时盘点工作站对于处于“在柜”状态的标签进行监控，如果其离开柜台且在约定时间内未能修改其状态，则将在收银台的计算机窗口弹出警告信息进行报警。
由于标签及其所属珠宝物品均由批发商或其集团提供，由此门店所隶属的批发商可以通过网络数据实时了解所属各门店的销售信息，对这些信息进行有效汇总统计，可降低集团对物品的库存率。
所述的电子标签采用可折叠蛇形负载超高频RFID电子标签，RFID电子标签包含有通用的RFID芯片和标签天线；RFID芯片包括Imping m4D或Alien H3芯片，通用芯片Monza5,Monza4D和大内存芯片Monza 4QT，电子标签的天线通过蚀刻、线圈绕制、导电油墨的丝网印刷或磁控溅射的方法进行制作，天线结构的尺寸为15mm╳15mm,天线工作的中心频率在915MHz，回波损耗S11＝-22.76dB，驻波比小于2(-10dB)时的工作带宽为100MHz(860～960MHz)，相对带宽为10.9％，所述的标签天线在正常销售以后，蛇形次结构部分在收银台被剪断，导致标签天线结构的谐振中心频率偏移至950MHz以外；
所述的固定式近场天线类型属于近场线极化天线，单元结构分为上层的信号辐射层2-5和下层的信号反射层2-2，中间层为导通层2-4，主要是为了上层辐射区域各辐射单元间提供信号的电气连接功能；为了实现上述的各辐射单元间的电气连接功能，需要在导通层2-4和号反射层2-2之间加入绝缘层2-3，绝缘层2-3采用内含有宽度为2毫米、厚度为10微米的工字型导电电路FR4介质复合板，起到与辐射层的各单元的电气连接和下层反射层的电气绝缘作用。此外，上层的信号辐射层5分为四个结构完全相同的多边形辐射单元，每个辐射单元又有四个安装小孔，每个辐射单元上端的三个安装孔和含有两端带有螺纹孔的高度为8.5cm的通用接线柱与反射层2-2相连接，起到电气连接和固定作用；而每个辐射单元体的下端另一个安装孔与含有两端带有螺纹孔的高度为7.5cm的通用接线柱与工字型FR4介质复合板相连接，起到电气连接和固定作用；复合板的介质层的厚度为1.5毫米，介电常数为4.4的单面覆铜板，覆铜区域表面经过镀锡处理工艺。同样地，FR4介质复合板也需要通过螺钉与信号反射层2-2相固定，此外，导通层2-4的馈电方式采用同轴线对辐射层2-5的四个大的辐射单元分时馈电，而同轴线的另一端与射频连接器2-6的SMA接头相连接。最后，为了方便运输和便于多个固定式近场天线形成的阵列结构的安装，对单个固定式近场天线封装注入ABS塑料所形成保护层，保护层尺寸为50cm╳50cm╳10cm。
所述的固定式近场天线属于近场线极化天线，天线单一单元的频率响应特性为：当S11<-10dB时，频率分布在897MHz～936MHz之间，中心谐振频率在915MHz附近；该天线结构对中心谐振频率在915MHz附近(890MHz～925MHz)的标签具有良好的读取率；当标签频率的响应频段大于925MHz，每增加1MHz，S11降低0.86dB，天线性能迅速降低；当频率小于882MHz,每降低1MHz，S11降低0.12dB,天线性能迅速降低。该设计天线与本发明提出的可折叠蛇形负载超高频电子标签设计相互配合使用，可以满足珠宝产品标签在售前，售中和售后对标签性能的不同要求。在销售前，对摆放在柜台内的物品需要实时盘点功能；在销售过程中，需要满足经营者对物品离开摆放位置以及移动到柜台上表面位置的数据采集和监控功能，由此可以获得监控物品是否为顾客感兴趣物品和该物品是否被销售等数据。具体地说，在实时盘点工作站记录着每个单一珠宝产品在每天营业时间内离柜次数(n)和每次的离开柜台的时间(ti)，就可以把该类物品类别的“顾客感兴趣度”的数值计算出来。例如，假设以物品离开柜台时间(t)为10分钟作为阀值(tc)，则“顾客感兴趣度值”为Sti/tc，其中i＝1,2,…,n。如果该物品在收银台处被销售后，该物品在本地和云端数据库对应的“当前状态”将更新为“已售”状态，结合这些数据的统计分析结果可为门店营业者及其所属的批发商/集团管理者提供决策依据，由此可以获得比任何其他同类公司都要更早知晓消费者的行为和该物品是否受欢迎等这一竞争优势；
所述的固定式近场天线属于近场线极化天线，天线的性能可满足盘点每米柜台300个标签的密度条件下，按照正常业务排放并对标签的摆放位置无特殊要求，在天线外观尺寸上方0～60cm高度内无不可读取位置，且对不同高度可以通过天线的输入功率进行调节，以达到全部标签可以成功读取，盘点成功率100％以及盘点速度每1000个标签小于3秒等要求；在偏离天线单元的外观尺寸外10厘米距离，标签为不可读取区域。为达到上述要求，20dB输出功率对应于标签位置距离天线参考面为50～60厘米高度，15dB输出功率对应于标签位置距离天线参考面为15～20厘米高度，以及10dB输出功率对应于标签位置距离天线参考面为10～15厘米高度。
所述的固定式近场天线单元可以灵活扩展为各种阵列结构。
所述的多路天线读写器可采用与固定式近场天线相匹配的通用的商用型硬件，选型可根据实际柜台大小及其分布情况选择单通道，2通道，4通道，8通道，16通道和32通道等设备，例如，深圳荣睿公司型号为RR9201T，RR9202T，RR9203T和RR9207T等，或深圳捷通公司的32路通道RFID读写器。
所述的实时盘点工作站含计算机及其管理软件，可控制多路天线读写器以实现对摆放在天线单元的保护层上表面正上方为参考面上高度为10cm～60cm和探测范围为50cm╳50cm范围内的任意位置的电子标签进行读写操作。
所述的云端网络数据库服务器可采用通用的商用类型电子标签或新型标签。
实施例一
如图1所示，本实施例的一种可折叠蛇形负载超高频RFID电子标签，该标签是在黄金珠宝行业内现有珠宝物品标签标准(DIN 58681-1Bb.1-1981)基础上增加电磁信息存储功能，即采用蚀刻方法或丝网印刷工艺把RFID天线结构(不可折叠的第二基材部件2和可折叠的第二基材部件3)制作在可折叠的第一基材部件1，并在第二基材部件2通过RFID芯片绑定设备把芯片标签固定在部件2上，最后再在部件1表面施加双面胶为后期粘合用途。为了方便量化生产，第一基材部件1分为白色和灰色基底两部分，并在灰色基底部分四周经过裁剪刀后仅留下白色基材部分及其上所附属的天线部分。第二基材部分是标签天线结构，包含天线主结构(部件2)和主结构的负载结构的部件3；部件2与部件3电气相连，且固定于第一基材部件1，见图1的白色基底部分。如图所示，本发明所述的smart-RFID珠宝标签通过可粘贴部件2粘贴在目标物体上。标签的长度为6.5cm，宽度为2.6cm，所述标签的厚度为0.1-0.2mm，薄且轻便。
下面将以黄金戒指为例进一步说明该标签的应用，即先将部件3右端部穿过戒指并与部件2的右边位置相粘合，再沿着部件1虚线的对称位置将部件1粘合在一起，使得含标签芯片的天线主结构部分(部件2)包含在部件1在折叠后的内部空间，以及第二基材部件3通过部件1的粘合固定形成环形封闭空间。部件3左端为蛇形结构而右端为薄片结构，因此部件3与部件1的粘结部分为薄片所在的平面位置，其整个天线的电磁性能将不受粘贴位置的影响；也就是说在部件3完整(未剪断)状态下，标签天线(含部件2和部件3)的谐振中心频率在915MHz附近，其频率响应曲线如图2中标注为O-O实线所示，此时含该标签的黄金戒指摆放在柜台上可以被标签读写器读取，而当该黄金戒指在收银台完成销售时，标签天线的部件3部分将被剪断，此时该标签天线仅含部件2和部件3的一部分，其标签的谐振中心频率偏移出940MHz，也就不能被标签读写器读取到(图2)。该标签天线结构设计可以通过部件3左端的蛇形天线的单个周期结构的尺寸及其周期数目设计来实现，也可以通过多种不规则的蛇形天线结构实现，以期使得综合考虑标签天线性能和应用环境来达到最佳适配性能。图1中标注为A－A，B－B，和C－C的其他三条点划线分别对应于图2中部件3在A－A，B－B，和C－C位置剪断情况下的标签天线的电磁特性，其中，A－A表示部件3的左端蛇形结构部分的长度仅为部件3长度的1/3，而B－B和C－C分别为1/2和2/3。该结果表明与部件2相连接的部件3的左端蛇形结构部分的长度与标签天线的谐振中心频率的偏移存在单调递减关系，即该长度越长偏移频率越小，而与部件3的右端结构平面薄片长度无关。
所述的电子标签的第一基材部件1上嵌有电子标签芯片4，对目标对象数据(Object Data)进行存储，以及连接在电子芯片4两端的天线结构(Antenna Element，部件2和部件3)，用于接收外部的电磁信号并形成感应电流元。所述的电子芯片4可通用认证标签的RFID芯片如Imping m4D系列或Alien H3系列芯片。如图1所示的电子标签1采用通用的RFID芯片类型为M4QT和H3两种芯片(部件4)，标签天线在部件3工作的中心频率在915MHz，回波损耗S11＝-22.76dB，驻波比小于2(-10dB)时的工作带宽为100MHz(860～960MHz)，相对带宽为10.9％。
图3和图4所示的固定式线极化近场天线结构的俯视图和侧视图。按照功能划分，天线的主要结构分为上层的信号辐射层5和下层的信号反射层2(尺寸为45cm╳50cm)，而中间层为导通层4，主要是为了上层辐射区域各辐射单元间提供信号的电气连接功能；由于上层和下层均采用厚度为2毫米的铝板或其他类型的金属板材，为了实现上述的各辐射单元间的电气连接功能需要在导通层4和反射层2之间加入绝缘层3，绝缘层采用厚度为1.5毫米的工字型FR4介质复合板，复合板内含有宽度为2毫米和厚度为10微米的工字型导电电路，起到与辐射层5的各单元的电气连接和下层反射层的电气绝缘作用。上层的信号辐射层5分为四个结构完全相同的多边形辐射单元(尺寸为边长14.5cm的正方形裁去1.8cm╳3.5cm)组成，每个辐射单元又有四个安装小孔，通过单元上端的三个安装孔和含有两端带有螺纹孔的高度为8.5cm的通用接线柱与反射层2相连接，起到电气连接和固定作用；而每个辐射单元体的下端另一个安装孔与含有两端带有螺纹孔的高度为7.5cm的通用接线柱与工字型FR4介质复合板相连接，起到电气连接和固定作用；同样地，FR4介质复合板也需要通过螺钉与下层板相固定。此外，导通层4的馈电方式采用同轴线对辐射层5的四个大的辐射单元分时馈电，而同轴线的另一端与射频连接器6如SMA接头相连接。最后，为了方便运输和便于多个固定式近场天线2形成的阵列结构的安装，对单个固定式近场天线2封装注入ABS塑料所形成保护层1，保护层1尺寸为50cm╳50cm╳10cm。
所述的固定式近场线极化天线单元的频率响应特性仿真计算结果如图5所示。当S11<-10dB时，频率分布在897MHz～936MHz之间，中心谐振频率在915MHz附近。由此可以看出，天线的频率响应特性符合要求。
所述的固定式线极化近场天线单元的近场性能指标是通过距离天线不同高度的面内场强分布来确定的。首先，建立以天线保护层上表面为基准参考面，并在天线上方不同高度分别设置5个参考平面；其中，第一个参考平面距离天线基准参考面10cm，其余参考平面间隔为10cm，分别计算该天线在不同参考平面上的x方向的电场分布如图7所示。从图中显示的电场等位图可以看出对不同参考平面内的x方向的电场分布都是比较均匀的且电场幅值远大于y方向的电场幅值(约10倍)，符合天线的线极化特征。此外，该天线在给定辐射功率下不同参考面的电场分布随着参考面高度的增加而减小，但是电场分布的均匀性得到加强。由此可以通过有效控制天线的功率与标签摆放高度两个参数来满足对标签读取准确率的要求。
所述的固定式线极化近场天线与固定式圆极化近场天线的差别在于前者对标签摆放在柜台上的方向有具体要求，而后者则对任意摆放的标签可以读取。在理想情况下，线极化近场天线要求摆放在柜台上的标签的x方向与天线的x方向平行，即两者的参考方向的角度为零度；在实际操作中要求该角度应在±15o之间，而这个角度范围与柜台上摆放的珠宝产品方向恰好面对用户的方向相一致。此外，在多路天线读写器给定输出辐射功率条件下，线极化近场天线的辐射能约为固定式线极化近场天线的辐射能四倍之多，更有利于对标签读取的准确率。两种天线类型均可对天线平面尺寸上方10～60cm高度摆放的标签进行读写，对摆放在天线平面尺寸周长外5cm区域的标签不能读写。
所述的固定式线极化近场天线的单一单元可以灵活扩展为各种阵列结构。图7所示的是单元沿着x方向扩展的3╳1阵列结构，馈电方式采用同轴线对四个大的辐射单元分时馈电，天线整体尺寸为某门店的一个实际尺寸为60cm╳150cm柜台下安装的三个固定式近场天线单元的一个实施例子，其中每个单元所带的射频连接器采用SMA接头，分别对应于SMA编号1，2和3号馈电接口。对图8所示的天线阵列是上述天线阵列结构在x方向的电场分布的HFSS仿真结果如图8所示。同样地，该天线的阵列结构依然符合天线的线极化特征和近场特征，且对于该阵列结构的三个馈电接口分布采用分时连续扫描工作方式，其线极化特征和近场特征要优于单一单元的结果；即在给定辐射功率为30dB条件下，不同参考面的电场分布随着参考面高度的增加而减小，但是电场分布的均匀性得到加强。由此可以通过有效控制天线的输入功率与标签摆放高度两个参数来满足对标签读取准确率的要求。与传统线极化陶瓷天线相比，该天线结构的显著特征是对标签的读取成功率与标签在天线平面内要求摆放的位置没有不可读写区域，以及读取速度快等优良性能。
所述的多路天线读写器采用与固定式近场线极化天线/阵列相匹配的通用设备。本发明的一个实施例子是选用深圳捷通公司的32路通道RFID读写器对尺寸为60cm╳150cm的柜台进行测试，该设备对每个通道的输出功率可实现从20dB～30dB范围内调节。
实施例二
本实施例子是采用矢量网络分析仪对所述的固定式近场线极化天线的回波损耗测试结果如图9所示。所述的固定式近场线极化天线能够对中心谐振频率在915MHz附近(897MHz～936MHz)的标签具有良好的读取率；当标签频率的响应频段大于925MHz，天线性能迅速降低每增加1MHz，S11降低0.86dB；同样地，当频率小于882MHz，每降低1MHz，S11降低0.12dB,天线性能迅速降低。该设计天线与本发明提出的可折叠蛇形负载超高频电子标签设计相互配合使用，可以满足珠宝产品标签在售前，售中和售后对标签性能的不同要求。在销售前，对摆放在柜台内的物品需要实时盘点功能；在销售过程中，需要满足经营者对物品离开摆放位置以及移动到柜台上表面位置的数据采集和监控功能，由此可以获得监控物品是否为顾客感兴趣物品(离柜次数/时间)和该物品是否被销售等数据，以获得比任何其他同类公司都要更早知晓消费者的行为和该物品是否受欢迎等这一竞争优势；如果该监控物品在收银台被正常销售，营业员需要对该物品所属标签进行剪断，剪断后的标签的中心频率偏移到940MHz～1150MHz之间，同时需要建立自己的用户关系，利用这些已获取的宝贵数据，为售后阶段及时提供辅助服务如产品维护，维修等服务，这样既可以提高品牌忠诚度，也可能增加收入和利润。
实施例三
本实施例子是固定式近场线极化天线结构(图3，和图4)在不改变辐射层结构的前提下可以进一步衍生出其他两种规格，其尺寸分别为48cm╳50cm和48cm╳60cm；由此可产生的组合可满足多种尺寸柜台一共为6种，如48cm╳80cm，48cm╳90cm，48cm╳100cm，48cm╳110cm，48cm╳120cm，48cm╳130cm，48cm╳140cm，48cm╳150cm和48cm╳180cm。该组合结果可满足目前大多数柜台尺寸的安装需求。该天线结构具备与单一单元的线极化天线结构具有相同的电磁性能，并可与其一起形成的阵列结构，具体内容同实施例一，在此不赘述。
上述的线极化天线单元包含完整结构的四个辐射单元。如果考虑到非标准柜台对线极化天线的需要，天线辐射层2-5的四个多边形单元可以进一步去除其中的1～3个，并在其去除单元与FR4介质板的连接处代替为50欧姆的端接电阻，而其下方的反射层部分可以按照柜台形状进行任意切割，以满足实际柜台尺寸的特殊尺寸要求。该天线结构具备与原天线结构相同的电磁性能，并可与其一起形成的阵列结构，具体内容同实施例一，在此不赘述。
实施例四
本实施例子是固定式近场线极化天线结构(图3和图4)在不改变辐射层结构的前提下可以进一步衍生高度为4毫米左右的其他规格以满足实际柜台中对高度小于10厘米的实时盘点需求，见图11所示。在该结构中导通层(2-4)的高度可以进一步降低为0.5毫米左右，即通过标准化焊接工艺使得反射层(2-2)和辐射层(2-5)电气连接，由此图3中结构尺寸需要修改为图11(a)所标的尺寸(单位为毫米)，该结构的总高度为4毫米，包括1.5毫米厚度的FR4复合板和2毫米后的铝板。同理，其他两种规格的尺寸分别为48cm╳50cm和48cm╳60cm(见图11b和图11c)，具体面内尺寸如图所示，单位为毫米。本实施例的天线结构设计主要考虑了黄金珠宝行业内常见柜台所使用的摆盘下的支撑板的厚度为5～20毫米，在支撑板上方的珠宝产品(如黄金戒指)一般固定于以木材料外包裹布面材料的摆件和摆盘内，戒指的中心高度与支撑板上表面距离为7.5厘米以上；本实施例采用天线的总高度与支撑板的厚度相当，由此可以直接把天线结构替换支撑板结构，以方便安装。
所述的多路天线读写器和固定式近场线极化天线/阵列与安装在实时盘点工作站的计算机管理软件相互配合，安装在柜台的展示物品下方以形成智能柜台***，并将该***应用于柜台监控/盘点业务。本发明的一个实施例子是对尺寸为60cm╳150cm的柜台进行具测试例，其性能可满足盘点每米柜台300个标签的密度条件下，按照正常业务排放无不可读取位置，在摆放在柜台上珠宝产品及其所属标签距离天性参考面为15厘米高度的输出功率为20dB，全部标签可以成功读取，盘点成功率100％，盘点速度每1000个标签小于10秒；在偏离天线单元的面内尺寸外10厘米距离，标签为不可读取。进一步对所述的实际天线单元的性能测试结果为：30dB输出功率对应于标签位置距离天线参考面为50～60厘米高度，27dB输出功率对应于标签位置距离天线参考面为15～20厘米高度，以及20dB输出功率对应于标签位置距离天线参考面为10～15厘米高度。
所述的含固定式近场线极化天线的智能柜台***与实际物理柜台和标签等硬件之间的组成架构如图10所示。该***包含若干个多路天线信号采集器，每个多路天线信号采集器与多个物理柜台相连接，而每个物理柜台下面安装有固定式近场天线且每个天线用于在线监控附属在物品上的若干个标签。
所述的实时盘点工作站含计算机及其管理软件，可控制多路天线读写器以实现对摆放在天线单元上方高度为10cm～60cm范围内的电子标签进行读写操作。通过该***能够顺利完成目标业务，业务流程包括入库照相、称重、建立计算机档案和保存销售记录，并确保入库建档成功率>99％及对柜台盘点具体要求为对单个标签的读取率每10万次允许一次误读，业务流程内达到必须的读写成功率和可靠性。
所述的实时盘点工作站可与云端网络数据库服务器相连，并将安装在门店内的天线***数据输出，可采用通用的商用类型电子标签或新型标签。
本发明天线单元尺寸为常规标签天线尺寸300倍以上。应用于RFID超高频天线的智能柜台***，结构具有安装方便、易扩展、带宽大等良好的特点，可达到对于摆放在天线单元上方10cm～60cm小型化RFID天线以及满足远距离自动识别的目的，完全可以将其放在RFID标签里；本发明还具有结构简单、制造工艺简单、成本低、全向辐射性能佳和易于集成等突出优点，能够满足RFID应用***对于标签天线的具体要求。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (7)

1.应用于黄金珠宝行业的线极化近场天线的智能柜台***，其特征在于，应用于黄金珠宝行业的线极化近场天线的智能柜台***，包括附属在每件珠宝产品的可折叠蛇形负载超高频电子标签，以阵列形式分布式安装于柜台下面的固定式近场线极化天线；连接固定式近场线极化天线的多路天线读写器；与多路天线读写器相连接实时盘点工作站；实时盘点工作站对阵列安装在柜台下的固定式近场天线进行控制，并实现对摆放在智能柜台上的物品所附属的电子标签进行读写控制，把所监控物品信息包括该物品所属门店、所属门店的智能柜台及其天线位置信息，是否离开柜台，离开柜台的起止时间以及是否被正常销售信息并保存在实时盘点工作站，实时盘点工作站能够独立工作于本地数据库管理***，也能够与云端数据库管理***进行协同；
所述的固定式近场天线单元能够扩展为各种阵列结构，固定式近场线极化天线的另外两种规格尺寸分别为48cm×50cm和48cm×60cm；由此可产生的组合可满足多种尺寸柜台一共为6种，分别为：48cm×80cm，48cm×90cm，48cm×100cm，48cm×110cm，48cm×120cm，48cm×130cm，48cm×140cm，48cm×150cm和48cm×180cm，由于线极化天线单元包含完整结构的四个辐射单元，称为I型天线，为了满足对非标准柜台情形下对线极化天线的需要，天线辐射层(2-5)的四个多边形单元去除其中的1～3个，并在其去除单元与FR4介质板的连接处代替为50欧姆的射频负载，而其下方的反射层部分按照柜台形状进行任意切割，以满足实际柜台尺寸的特殊尺寸要求，该型天线称为II型天线。
2.根据权利要求1所述的应用于黄金珠宝行业的线极化近场天线的智能柜台***，其特征在于，所述的实时盘点工作站在物理上位于门店内，是连接云端网络和本门店之间的中间层部分，主要负责对本门店内各柜台上的天线进行控制即注册和盘点工作以及响应云端网络数据库的服务请求，实时盘点工作站的数据库和云端网络数据库均包含对读写器和天线两个主要硬件进行描述的数据表，其中对天线读写器表格包含的主要字段有“天线读写器编号(id)”，“网络地址(ip)”，“网络端口号”和“所在门店编号(id)”，而天线表格包含的主要字段有“天线编号(id)”，“天线名称”，“天线序列号”，“所在柜台编号”，“所在读写器编号(id)”和“所在读写器接口编号(id)”，对每个天线所监控的标签编码列表采用数组结构存储于实时盘点工作站的内存；由于门店内所有物品在快速入库阶段通过专用入库设备已将待售物品的有关信息打印至RFID标签上，进行对其进行一对一的数据绑定并上传至云端数据库***，实际上实时盘点工作站仅在第一次阅读时向云端网络数据库上传“在柜状态”的RFID标签列表和数目，此后，仅上传新加入柜台的标签编号；而在收银台销售的物品则是在收银台处向网络数据库发送请求将标签的当前状态从“在柜”状态更新为“已售”状态；实时盘点工作站对于处于“在柜”状态的标签进行监控，如果其离开柜台且在约定时间内未能修改其状态，则将在收银台的计算机窗口弹出警告信息进行报警。
3.根据权利要求1所述的应用于黄金珠宝行业的线极化近场天线的智能柜台***，其特征在于，所述的电子标签采用可折叠蛇形负载超高频RFID电子标签，RFID电子标签包含有通用的RFID芯片和标签天线；RFID芯片包括Imping m4D或Alien H3芯片，通用芯片Monza5,Monza4D和大内存芯片Monza 4QT，电子标签的天线通过蚀刻、线圈绕制、导电油墨的丝网印刷或磁控溅射的方法进行制作，天线结构的尺寸为14.5mm×14.5mm,天线工作的中心频率在915MHz，回波损耗S11＝-21.35dB，驻波比小于2(-10dB)时的工作带宽为38MHz，相对带宽为10.6％，所述的标签天线在正常销售以后，蛇形次结构部分在收银台被剪断，导致标签天线结构的谐振中心频率偏移至940MHz以外。
4.根据权利要求1所述的应用于黄金珠宝行业的线极化近场天线的智能柜台***，其特征在于，所述的固定式近场天线类型属于近场线极化天线，单元结构分为上层的信号辐射层(2-5)和下层的信号反射层(2-2)，中间层为导通层(2-4)，在导通层(2-4)和信号反射层(2-2)之间加入绝缘层(2-3)，绝缘层(2-3)采用内含有宽度为2毫米、厚度为10微米的工字型导电电路FR4介质复合板，上层的信号辐射层(2-5)分为四个结构完全相同的多边形结构辐射单元，每个辐射单元又有四个安装小孔，每个辐射单元上端的三个安装孔和含有两端带有螺纹孔的高度为8.5cm的通用接线柱与反射层2-2相连接，每个辐射单元体的下端另一个安装孔与含有两端带有螺纹孔的高度为7.5cm的通用接线柱与工字型FR4介质复合板相连接，FR4介质复合板也需要通过螺钉与信号反射层(2-2)相固定，导通层(2-4)的馈电方式采用同轴线对辐射层(2-5)的四个大的辐射单元分时馈电，同轴线的另一端与射频连接器(2-6)的SMA接头相连接，对单个固定式近场天线封装注入ABS塑料所形成保护层。
5.根据权利要求1所述的应用于黄金珠宝行业的线极化近场天线的智能柜台***，其特征在于，所述的固定式近场天线属于近场线极化天线，天线单一单元的频率响应特性为：当S11<-10dB时，频率分布在897MHz～936MHz之间，中心谐振频率在915MHz附近；当标签频率的响应频段大于925MHz，天线性能迅速降低，即每增加1MHz，S11降低0.09dB；同样地，当频率小于882MHz，每降低1MHz，S11降低0.12dB,天线性能迅速降低。
6.根据权利要求1所述的应用于黄金珠宝行业的线极化近场天线的智能柜台***，其特征在于，所述的固定式近场天线属于近场线极化天线，20dB输出功率对应于标签位置距离天线参考面为50～60厘米高度，15dB输出功率对应于标签位置距离天线参考面为15～20厘米高度，以及10dB输出功率对应于标签位置距离天线参考面为10～15厘米高度。
7.根据权利要求1所述的应用于黄金珠宝行业的线极化近场天线的智能柜台***，其特征在于，所述的多路天线读写器(3)采用与固定式近场线极化天线相匹配的通用的商用型硬件，选型根据实际柜台大小及其分布情况选择单通道，2通道，4通道，8通道，16通道和32通道设备。
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