CN102169554B

CN102169554B - 一种多模无源标签

Info

Publication number: CN102169554B
Application number: CN 201110078160
Authority: CN
Inventors: 陈立强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: CN102169554A

Abstract

本发明公开了一种多模无源标签，包括基片，基片正面设置有印刷偶极子天线、印刷微带合路器和多个通信处理芯片，印刷偶极子天线包括结构相同且对称分布的第一部分天线和第二部分天线，第一部分天线具有第一馈电端，第二部分天线具有第二馈电端，第一馈电端与第二馈电端之间设置有平衡与不平衡转换器，印刷微带合路器包括公共端和多个分立端，印刷微带合路器的公共端与第一馈电端连接，印刷微带合路器的每个分立端接一个通信处理芯片，其优点是1、生产加工工艺简单、成本低廉；2、天线可以收发两个以上射频信号；3、印刷微带合路器的应用，让不同射频信号可以同时在同一个射频标签上工作，也就是多模工作。

Description

一种多模无源标签

技术领域

本发明涉及一种无线识别模块，尤其是涉及一种多模无源标签。

背景技术

无线射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）是一种非接触式的自动识别射频技术，它通过射频识别信号自动识别目标对象并获取相关数据。由于RFID识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。基于这种特性，RFID这种自动无线识别和数据获取技术已经在众多领域得到广泛的应用，与现代物流、交通、监控以及互联网技术紧密结合。

对RFID系统及其工作原理进行简单说明：RFID系统主要包括阅读器、阅读器天线和标签。RFID系统工作过程中，阅读器会控制RFID系统中的射频模块通过阅读器天线向标签发射信号，标签对其接收到的信号进行相应的处理，得到处理结果，再将处理结果发送给阅读器，阅读器通过阅读器天线接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机，形成一个完整的通信链路。其中，标签由标签Inlay和外封装组成，标签Inlay包括标签芯片和标签天线，不同的标签芯片遵守不同的通信协议。

作为RFID系统和物联网系统最为重要的感知层获取数据的部分——射频标签，其工作模式和环境直接决定着整个系统的工作特性。当前射频标签主要有两种，即有源射频标签和无源射频标签，工作原理都是从阅读器获取数据，并对数据进行处理然后反馈给阅读系统。二者最大的不同在于有源标签本身带有供电设备或者直接和外部电源相连接，可以一直处于工作状态，而无源射频标签本身并没有提供电能的电源，依靠阅读器发送的电磁能量进行工作。正常情况下无源射频标签处于非工作状态，当其接近阅读器于一定距离时（距离的长短根据工作制式的不同有所不同），接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

无源射频标签主要由天线、模拟接口电路（射频接口电路）、数字电路、存储单元等组成，其中模拟接口电路、数字电路、存储单元等集成于通信处理芯片中，并和天线相连接组成完整的射频标签。由于当前的通信处理芯片只是针对特定频率和特定制式工作，也就是说一个通信处理芯片在工作时只能发射和接收一个频段和制式的阅读器信号，如果更换阅读系统就必须更换标签，所以每一个无源射频标签只能工作在单一频率下，从而大大限定了标签使用的灵活性，同时也极大的抑制了系统的通用性，进而增加了研发、生产和应用成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能在射频获得宽带特性的多模无源标签，以实现收发多制式信号。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种多模无源标签，包括基片，所述的基片正面设置有印刷偶极子天线、印刷微带合路器和多个通信处理芯片，所述的印刷偶极子天线包括结构相同且对称分布的第一部分天线和第二部分天线，所述的第一部分天线具有第一馈电端，所述的第二部分天线具有第二馈电端，所述的第一馈电端与第二馈电端之间设置有平衡与不平衡转换器，所述的印刷微带合路器包括公共端和多个分立端，所述的印刷微带合路器的公共端与第一馈电端连接，所述的印刷微带合路器的每个分立端接一个所述的通信处理芯片。

所述的第一部分天线包括第一曲流微带天线和第一领结微带天线，所述的第一曲流微带天线与所述的第一领结微带天线连接，所述的第一馈电端位于所述的第一领结微带天线上，所述的第二部分天线包括第二曲流微带天线和第二领结微带天线，所述的第二曲流微带天线与所述的第二领结微带天线连接，所述的第二馈电端位于所述的第二领结微带天线上。领结微带天线用于接收工作于高频射频频带的信号，曲流微带天线用于收发低频模式的射频信号，两种天线的组合结构使印刷偶极子天线的工作频带大大加宽，并实现多频工作。

所述的第一曲流微带天线由导电石墨在基片上印刷而成，第一领结微带天线由导电石墨在基片上印刷而成，所述的第一领结微带天线成三角形状，所述的印刷微带合路器由导电石墨在基片上印刷而成。用导电石墨在基片上印刷曲流微带天线与领结微带天线替代传统的PCB板腐蚀制备天线结构的制作工艺，大大简化了制作工艺，降低了生产成本，提高了加工效率。

所述的第一领结微带天线或第二领结微带天线内留有多个三角形空白区域。三角形空白区域用分形技术实现天线的宽频带工作特性。

基片背面设置有接地敷铜区，在第二馈电端位置的基片中设置有通孔，所述的通孔内敷有铜层，所述的接地敷铜区通过通孔中的铜层与所述的第二馈电端接通。以实现偶极子天线的馈电。

印刷微带合路器包括多路滤波器，每路滤波器包括多个谐振单元，所述的每个滤波器一端为分立端，所述的每个滤波器另一端接所述的公共端。通过改变谐振单元的尺寸和距离实现不同的滤波效果，也就是说实现带通滤波器的设计，让不同频率的射频信号有选择性的通过不同的链路，到达不同制式的通信处理芯片，实现多模工作。

所述的第一曲流微带天线或第二曲流微带天线为阻抗为50OHM阻抗的金属导带。

通过改变其长度和弯曲数量达到展开带宽和增大天线增益的效果。曲流微带天线的长度和弯曲数量在印刷时控制非常方便。

所述的平衡不平衡转换器由导电石墨在基片上印刷而成，其长度为印刷偶极子天线的中心工作频率的1/4波长。印刷偶极子天线是平衡电路，而通信处理芯片属于非平衡电路，通过平衡不平衡转换器实现其转化，并有利于天线的阻抗匹配。

所述的平衡与不平衡转换器为导电石墨在基片上印刷的倒U型体，所述的倒U型体一端与第一馈电端连接，所述的倒U型体另一端与第二馈电端连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于1、生产加工工艺简单、成本低廉；2、天线可以收发两个以上射频信号；3、印刷微带合路器的应用，让不同射频信号可以同时在同一个射频标签上工作，也就是多模工作。

无源标签在工作时，印刷偶极子天线可接收双制式的不同频率的射频信号，射频信号在到达印刷微带合路器时，通过印刷微带合路器的两路滤波器的滤波作用实现不同频带信号的分离，传输到对应制式的处理芯片，开始工作。本标签可以根据外部阅读器工作模式的不同选择性的让不同芯片工作，即在外部阅读设备改变时，不需要更换标签就可以工作，也就是说本标签具备能够同时或交替式工作于不同的工作制式和频段。

印刷偶极子天线类结构，天线中间是印刷领结天线，为了在高频获得宽带特性，内部应用分形技术实现，天线两端应用曲流技术印刷出满足50Ohm特征阻抗的导带，以实现低频信号的接收。其馈电方式为微带线馈电，并在天线两臂加四分之一波长短截线作为巴伦，以实现信号的平衡与不平衡转换。所有天线结构都用导电油墨在基片上印刷而成。

天线接收到的不同频率信号需要发送到不同的处理芯片，同时从不同处理芯片发出的信号也需要合路到一起经同一个天线发射出去，所以为了实现多制式工作，在基片上制作了一个微带合路器。合路器由多路滤波器构成，每路滤波器由多个谐振单元组成，由公共端和天线的馈电微带线相连接，分立端分别对应一个处理芯片。合路器的谐振单元用导电油墨印刷在基片上，并在谐振单元对应部分的基片下方印刷接地面，以形成微带线谐振单元。

综合而言，天线通过在领结天线结构上应用分形技术和曲流技术等实现天线的宽频带和多频带，以实现收发多制式信号。从天线接收到的信号通过合路器的频率选择特性分开成两路信号，传输到不同的处理芯片，同时从芯片发送的数据通过合路器合并到一起通过同一天线发射出去。相较于单模智能标签，多模无源标签可以支持不同的读卡器和协议，在标签所附物体转移时，不需要统一制式的读卡器既可以工作，增加了标签的通用性和适用性。

附图说明

图1为本发明实施例一的正面结构图；

图2为本发明实施例二的正面结构图；

图3为本发明实施例一的反面结构图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：一种双模无源标签，包括基片1，基片1正面设置有印刷偶极子天线、印刷微带合路器2和两个通信处理芯片IC，印刷偶极子天线包括结构相同且对称分布的第一部分天线和第二部分天线，第一部分天线具有第一馈电端K1，第二部分天线具有第二馈电端K2，第一馈电端K1与第二馈电端K2之间设置有平衡与不平衡转换器B，印刷微带合路器2包括公共端G和两个分立端21，印刷微带合路器2的公共端G与第一馈电端K1连接，印刷微带合路器2的每个分立端21接一个通信处理芯片IC。两个通信处理芯片IC分别为型号为SRF55V10P的高频标签芯片和型号为HITAG S的低频标签芯片。

第一部分天线包括第一曲流微带天线3和第一领结微带天线4，第一曲流微带天线3与第一领结微带天线4连接，第一馈电端K1位于第一领结微带天线4上，第二部分天线包括第二曲流微带天线5和第二领结微带天线6，第二曲流微带天线5与第二领结微带天线6连接，第二馈电端K2位于第二领结微带天线6上。

第一曲流微带天线3由导电石墨在基片1上印刷而成，第一领结微带天线4由导电石墨在基片1上印刷而成，第一领结微带天线4成三角形状，印刷微带合路器2由导电石墨在基片1上印刷而成。第一领结微带天线4或第二领结微带天线6内留有多个三角形空白区域7。基片1背面设置有接地敷铜区8，在第二馈电端K2位置的基片1中设置有通孔9，通孔9内敷有铜层，接地敷铜区8通过通孔9中的铜层与第二馈电端K2接通。印刷微带合路器2包括两路滤波器，每路滤波器包括4个谐振单元22，每个滤波器一端为分立端21，每个滤波器另一端接所述的公共端G。第一曲流微带天线3或第二曲流微带天线5为阻抗为50OHM阻抗的金属导带。平衡不平衡转换器B由导电石墨在基片1上印刷而成，其长度为印刷偶极子天线的中心工作频率的1/4波长。平衡与不平衡转换器B为导电石墨在基片1上印刷的倒U型体，倒U型体一端与第一馈电端K1连接，倒U型体另一端与第二馈电端K2连接。

实施例二：一种三模无源标签，其他部分与实施例一中的双模无源标签相同，其不同部分在于通信处理芯片IC有三个，印刷微带合路器2包括三路滤波器，印刷微带合路器2具有三个分立端21，每个分立端21接一个通信处理芯片IC。依次类推，可以得知其他多模无源标签的结构。这里的通信处理芯片的型号和规格有多种，三个通信处理芯片分别是型号为SRF55V10P的高频标签芯片、型号为UCODE SL3 IC S10的超高频标签芯片和型号为HITAG S的低频标签芯片。

Claims

1.一种多模无源标签，包括基片，其特征在于所述的基片正面设置有印刷偶极子天线、印刷微带合路器和多个通信处理芯片，所述的印刷偶极子天线包括结构相同且对称分布的第一部分天线和第二部分天线，所述的第一部分天线具有第一馈电端，所述的第二部分天线具有第二馈电端，所述的第一馈电端与第二馈电端之间设置有平衡不平衡转换器，所述的印刷微带合路器包括公共端和多个分立端，所述的印刷微带合路器的公共端与第一馈电端连接，所述的印刷微带合路器的每个分立端接一个所述的通信处理芯片。

2.根据权利要求1所述的一种多模无源标签，其特征在于所述的第一部分天线包括第一曲流微带天线和第一领结微带天线，所述的第一曲流微带天线与所述的第一领结微带天线连接，所述的第一馈电端位于所述的第一领结微带天线上，所述的第二部分天线包括第二曲流微带天线和第二领结微带天线，所述的第二曲流微带天线与所述的第二领结微带天线连接，所述的第二馈电端位于所述的第二领结微带天线上。

3.根据权利要求2所述的一种多模无源标签，其特征在于所述的第一曲流微带天线由导电石墨在基片上印刷而成，第一领结微带天线由导电石墨在基片上印刷而成，所述的第一领结微带天线成三角形状，所述的印刷微带合路器由导电石墨在基片上印刷而成。

4.根据权利要求3所述的一种多模无源标签，其特征在于所述的第一领结微带天线或第二领结微带天线内留有多个三角形空白区域。

5.根据权利要求2所述的一种多模无源标签，其特征在于基片背面设置有接地敷铜区，在第二馈电端位置的基片中设置有通孔，所述的通孔内敷有铜层，所述的接地敷铜区通过通孔中的铜层与所述的第二馈电端接通。

6.根据权利要求1所述的一种多模无源标签，其特征在于印刷微带合路器包括多路滤波器，每路滤波器包括多个谐振单元，所述的每路滤波器一端为分立端，所述的每路滤波器另一端接所述的公共端。

7.根据权利要求2所述的一种多模无源标签，其特征在于所述的第一曲流微带天线或第二曲流微带天线为阻抗为50OHM阻抗的金属导带。

8.根据权利要求1所述的一种多模无源标签，其特征在于所述的平衡不平衡转换器由导电石墨在基片上印刷而成，其长度为印刷偶极子天线的中心工作频率的1/4波长。

9.根据权利要求4所述的一种多模无源标签，其特征在于所述的平衡不平衡转换器为导电石墨在基片上印刷的倒U型体，所述的倒U型体一端与第一馈电端连接，所述的倒U型体另一端与第二馈电端连接。