CN103218647A

CN103218647A - 基于极点识别的无芯rfid电子标签

Info

Publication number: CN103218647A
Application number: CN2012104191032A
Authority: CN
Inventors: 徐利; 邹传云; 何毅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2013-07-24

Abstract

一种基于极点识别的无芯RFID电子标签。它是由若干不同物理尺寸的折叠偶极子基本谐振单元组合而成，每个基本谐振单元在特定的频段能产生独特的谐振特性。通过将各个不同长度、宽度及折叠处距中心距离的谐振单元组合即可获得不同数据编码的标签结构。检测时利用超宽带（UWB）冲激脉冲电磁波作为激励信号，采用基于标签散射信号的极点展开法（SEM:Singularity Expansion Method）获取与标签结构参数相对应的极点参数。这些与自然谐振相关的复频率（极点）分布载有标签的身份数据，通过特定的编解码方式即可实现对该类无芯RIFD电子标签的识别。

Description

基于极点识别的无芯RFID电子标签

技术领域

本发明涉及一种基于极点识别的无芯RFID电子标签的设计，主要应用在当前常见的射频识别系统中以取代传统的有芯片RFID电子标签。无芯RFID标签是不需要硅芯片存储数据的RFID技术，标签数据嵌入在结构的自然谐振中，不需要传输线、集总元件、换能元件来调制散射信号，结构简单，单片价格，低能量耗损小。

背景技术

射频识别（RFID: Radio Frequency Identification ) 是一种自动识别方法，它使用标签和无线电波来存储和检索远程数据。随着社会化程度的日益提高，科学方法不断进步，人们对工作效率和自动化程度的要求也越来越高。RFID技术与互联网、通讯、和计算机技术相互结合构成物联网，可以实现全球范围内的智能化识别、定位、追踪、监控和管理。随着相关技术的不断完善、发展和成熟,RFID 产业将成为一个新兴的高技术产业群，成为国民经济增长的新亮点。

RFID标签通常可分为两大类：有源标签（需要内部电源）和无源标签（不需要内部电源）。在无源RFID标签中，由阅读器发射电波而感生的标签天线电流为标签专用集成电路（ASIC: Application Specific Integrated Circuit）提供能量，该集成电路将标签返回给阅读器的信息通过反向散射调制发送给阅读器。在13.56MHz.（高频）或超高频ISM频段（602-928MHz频带），无源电子标签的读出距离从10厘米到数米，但需要的发射功率较大。今天市场上的RFID标签几乎是有芯片的，它相对条形码标签的市场占有率比率还很低。

随着广泛运用，RFID技术日益强大。然而，只有当包括安装费在内的标签价格下降到1美分以下，才有可能在诸如包装消费品、邮递物品、药品和书籍等最大的RFID应用领域内全面实施。每年这些大的应用领域潜在的销售量就高达十万亿，但是由于硅芯片价格昂贵，所以尚不能形成此类标签的市场份额基础。即使是不考虑硅芯片的花费，安装费用就相当于目前所使用的条形码费用的95%，这就意味着大多数大容量的RFID标签必须直接安装到产品和包装上才能保证安装费用低于1美分。无芯RFID技术在这种需求下浮出水面。无芯RFID标签是不需要硅芯片存储数据的RFID技术，最具有前景的无芯标签的主要潜在优势在于其最终能以0.1美分的花费直接印在产品和包装上，以更灵活可靠的特性取代每年十万亿使用量的条形码。

发明内容

为了克服传统有芯电子标签功耗需求大、单片价格高、封装制作困难、芯片与收发天线的组合要求高、环境适应性差等不足，本发明提供了一种基于极点识别的无芯RFID电子标签。该新型电子标签基于导体结构自然谐振，除了散射体结构外标签不使用任何的中间或额外组件。通过对标签结构的瞬态响应进行极点提取，并由标签极点分布规律可实现标签数据编、解码及识别。由于这种电子标签结构简单，封装制作容易，使用方便，同时减少了因芯片与收发天线的组合带来的技术问题，因此单片价格能得到大幅下降。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用无芯RFID标签取代传统的有芯电子标签。无芯RFID电子标签是由若干不同物理尺寸的基本谐振单元组合而成，每个基本谐振单元由短路偶极子距中心两侧一定距离处折叠而成（如图1）——故名折叠偶极子基本谐振单元（以下简称：基本谐振单元），其在特定的频段能产生独特的谐振特性（如图2）。通过将各个谐振单元的长度、宽度及折叠处距中心的距离作不同的组合即可获得不同数据编码的标签结构（如图3）。检测时利用超宽带（UWB）冲激脉冲电磁波作为激励信号，采用基于标签散射信号的极点展开法（SEM: Singularity Expansion Method）获取与标签结构参数相对应的极点参数。这些与自然谐振相关的复频率（极点）分布载有标签的身份数据，通过特定的编解码方式很容易实现对该类无芯RIFD电子标签的识别。

本发明涉及的无芯RFID电子标签内部不含硅芯片，编码数据嵌入在结构的自然谐振中，不需要传输线、集总元件、换能元件来调制散射信号，因此标签结构简单，能量耗损较小，单片价格低。由于极点的特殊性，利用极点分布而非频域数据进行标签识别，不仅方便对离散参数而非连续波形进行数据处理，同时保证了编码对激励源和观察位置的不敏感性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1折叠偶极子基本谐振单元。

图2 对应于图1的频域特性。

图 3本发明涉及的基于极点识别的无芯RFID标签（俯视图）。

图 4本发明涉及的基于极点识别的无芯RFID标签（正视图）。

图5 极点提取流程。

图6 不同标签结构下的极点分布。

图3中1.基本谐振单元，2.谐振单元间距，3.谐振单元宽度，4.谐振体两臂间距，5.谐振单元长度，6.激励波源，7.电介质衬底

图3中该示例标签结构由五个基本谐振单元构成，每个谐振单元的物理结构如图1。实际应用中，构成标签结构的谐振单元数目可根据需要调整。

具体实施方式

在图3，激励波源（6）处施加超宽带（UWB）冲激脉冲电磁波，入射方向垂直纸面向内±60 范围，极化方向平行于标签短轴，工作频率可根据实际需要选择。按照图5所示极点提取流程可获得对应于不同标签结构的极点分布。在电磁场仿真软件FEKO中，利用矩量法（MOM: Method of Moments）获得标签相对UWB入射波散射电场的复频域数据，对该数据完成快速傅里叶逆变换（IFFT）获得时域冲激响应，然后用矩阵束法（MPM: Matrix Pencil Method）提取相应的极点和留数，进而实现标签识别的目的。

图6中11111，11011，10101分别是对应不同谐振单元数目的标签结构，其中1代表谐振单元存在，0代表不存在。由此，可根据标签结构对应的不同极点分布状态实现对该类型标签的识别。

Claims

1.一种基于极点识别的无芯RFID电子标签，其特征是：由薄电介质衬底和若干不同物理尺寸的折叠偶极子基本谐振单元阵列组合而成，通过不同谐振单元的组合构成不同的标签结构，利用矩阵束算法(MPM)提取标签对应的极点分布实现识别目的。

2.根据权利要求1所述的基于极点识别的无芯RFID电子标签，其特征是每个折叠偶极子基本谐振单元在特定的频段有独特的谐振特性，改变其物理尺寸可获得不同的谐振曲线。

3.根据权利要求1所述的基于极点识别的无芯RFID电子标签，其特征是利用目标的极点分布作为标签识别的方式。