CN104408506B - 基于电磁诱导透明的可重构射频识别标签 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电磁诱导透明的可重构射频识别标签，属于无线通信领域。包括若干个超材料结构层，超材料结构层包括被电压激励的外层结构和设置在外层结构内、未被电压激励的内层结构，所述外层结构与内层结构相耦合；所述超材料结构层电连接偏置电压。本发明通过外层结构与内层结构之间耦合产生电磁谐振频点，形成电磁诱导透明谐振透射窗口，大大缩短了识别时间，提高标签谐振频率Q值和灵敏度；同时，利用未被电压激励的内层结构个数的变化实现标识信息载体的不同编码，实现了射频识别标签的多透射窗口可重构。通过调整内层结构的长度可对射频识别标签的谐振频率、带宽进行调整，实现了频率可调谐、相对带宽较大。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频识别标签，具体讲是一种基于电磁诱导透明的可重构射频识别标签，属于无线通信领域。
背景技术
无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。目前的射频识别系统按照使用的频段划分，可分为低频系统(30～300KHz)、中高频系统(3～30MHz)以及超高频和微波系统(300MHz～3GHz或大于33GHz)。作为快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和信息标准化的基础，以及在门禁进出管理，人员精确定位，区域定位管理，周界管理，电子围栏及安防报警等领域的应用优势，超高频和微波频段RFID产品在RFID产业中所占市场份额越来越大。而RFID标签是RFID系统中最易变的部分，并且面临着小型化，共形化、可重构、低成本、低损耗的实际要求，所以优化设计RFID标签在整个系统中占有重要地位。
现有的电子标签多不可重构，而且存在识别时间使用长、保密性差等缺陷，导致电子标签的可扩展性不强，在对多个标签同时捕获过程中容易发生碰撞，容易泄漏信息等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种扩展性好、灵敏度高的可重构射频识别标签。
为了解决上述技术问题，本发明基于电磁诱导透明的可重构射频识别标签，包括若干个超材料结构层，所述超材料结构层包括被电压激励的外层结构和设置在外层结构内、未被电压激励的内层结构，所述外层结构与内层结构相耦合；所述超材料结构层电连接偏置电压。
本发明中，所述外层结构由若干块被电压激励的半导体基片组成，所述内层结构由若干块未被电压激励的半导体基片组成；所有半导体基片的上、下表面分别通过金属线连接偏置电压。
本发明中，所述若干个超材料结构层对应附着在划分若干个标签单元的衬底层上，超材料结构层位于标签单元的中心。
本发明中，所述内层结构为多个，多个内层结构沿外层结构的任意一条对称轴对称设置。
本发明中，所述外层结构为圆环结构，所述内层结构弧形开槽，所述弧形开槽对应圆中心角θ为0～360°。
本发明中，所述圆环与弧形开槽的中心相重合。
本发明的有益效果在于：(1)、本发明通过电压激励的半导体外层结构以及设置在外层结构内、未被电压激励的若干个内层结构，外层结构与内层结构之间耦合产生电磁谐振频点，形成电磁诱导透明谐振透射窗口，大大缩短了识别时间，提高标签谐振频率Q值和灵敏度；(2)、通过调整内层结构的长度可对射频识别标签的谐振频率、带宽进行调整，内层结构长度越长，对应的谐振频率越小，相对带宽越大，相比于常用的金属射频识别标签，具有频率可调谐、相对带宽较大等优点；(3)、一个内层结构对应一个谐振频率，利用未被电压激励的内层结构个数的变化实现标识信息载体的不同编码，实现射频识别标签多个谐振频率的重构。
附图说明
图1是本发明可重构射频识别标结构图；
图2是本发明可重构射频识别标签单元结构图；
图3是本发明可重构射频识别标签单元截面图；
图4是本图2中Z部放大图；
图5是本发明的一个实施例射频识别标签单元结构图；
图6是本发明的一个实施例射频识别标签中弧形开槽中心角对谐振频率的影响图；
图7是本发明的一个实施例射频识别标签包含数个弧形开槽对应的谐振透射系数图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明基于电磁诱导透明的可重构射频识别标签，包括平面衬底层1和超材料结构层2，平面衬底层1采用聚亚苯基醚或其他塑性材料，平面衬底层1划分若干块均等的方形标签单元，每个标签单元内均附着超材料结构层2，若干个超材料结构层2分别位于每个标签单元的中心位置。标签单元的数量和超材料结构层的数量可根据标签大小确定。
如图2所示，超材料结构层2由刻蚀的半导体圆环结构3以及在圆环结构3内的弧形开槽4组合而成。半导体圆环结构3与弧形开槽4之间耦合，形成电磁诱导透明谐振透射窗口，从而提高标签谐振频率灵敏度。
如图3所示，超材料结构层2附着在平面衬底层1上，超材料结构层2的上表面通过金属线7连接偏置电压的正极，超材料结构层2下表面通过金属线7连接偏置电压的负极。
如图4所示，半导体圆环结构3由若干块被电压激励的半导体基片5拼合组成，弧形开槽4由若干块未被电压激励的半导体基片6拼合组成；被电压激励的半导体基5片和未被电压激励的半导体基片6的上、下表面分别通过金属线7相互连接后再连接偏置电压。工作过程中，半导体圆环结构3内的半导体基片5将被金属线连接的偏置电压激励，内部形成电流；弧形槽内4的半导体基片6不被偏置电压激励，内部没有电流存在，从而实现射频识别标签的多透射窗口可重构。
如图3所示，在半导体圆形结构3的对称轴上弧形开槽4呈轴对称设置，对应圆中心角θ取值范围是0～360°之间。表1数据记录了本发明的优选实施方式下的谐振频率，-10dB带宽以及相对带宽。
表1
| 开槽角度 | 60° | 65° | 70° | 75° | 80° |
| 谐振频率(GHz) | 3.05 | 2.85 | 2.64 | 2.47 | 2.33 |
| -10dB带宽(GHz) | 0.027 | 0.046 | 0.134 | 0.270 | 0.390 |
| 相对带宽 | 0.88％ | 1.61％ | 5.08％ | 10.92％ | 16.72％ |
从图6和表1中可以看出，射频标签中弧形开槽4角度越大，弧槽长度越长，对应的谐振频率越小，相对带宽越大。根据无线识别标签设计原理，标签尺寸需满足1/4波长或者1/2波长的关系，当谐振频率降低时波长将随之变大，因此设计的无线射频识别的标签尺寸也会随之变大。因此获得比以上谐振频率更小的结构设计，标签单元尺寸将大于本发明的标签单元尺寸。
如图5、7所示，半导体圆环结构3对称轴上开设4个弧形开槽，分别对应1-4个谐振频率。其对应谐振频率分别如表2所示：
表2
| 开槽角度 | f1(GHz) | f2(GHz) | f3(GHz) | f4(GHz) |
| θ1＝65° | / | 2.81 | / | / |
| θ1＝65°θ2＝60° | / | 2.81 | / | 3.48 |
| θ1＝65°θ2＝60°θ3＝75° | 2.47 | 2.81 | / | 3.48 |
| θ1＝65°θ2＝60°θ3＝75°θ4＝70° | 2.47 | 2.81 | 3.06 | 3.48 |
表2所示为射频标签中弧形开槽个数对谐振透射窗口的影响，每一条弧形开槽对应一个谐振频率，4个弧形开槽经过电压激励可重构4个谐振频点，分别对应产生编码0000～1111，16个二进制编码，并且弧形开槽之间的耦合效应很小，几乎对谐振频点没有影响。
作为本领域普通技术人员应该知道，本发明中超材料结构层中圆环结构也不限定是圆形，也可以设置成椭圆形、正方形、矩形或者三角形等其他环形结构；圆环结构内部的弧形槽以不相互耦合为基本原则可设置成与上述形状对应的开槽，开槽数量可以依据信号编码的需要可重构成多个。
上述平面衬底层的选择也非必须采用塑性材料，只要相对介电常数和厚度满足谐振要求即可。
本发明基于电磁诱导透明的可重构射频识别标签主要用于附着在需要识别的物品上，根据物品识别信息的需要，通过偏置电压激励半导体基片增减谐振频点个数，读取器通过射频天线发射微波频率范围内的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。
上述对实例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必进行创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于电磁诱导透明的可重构射频识别标签,其特征在于：包括若干个超材料结构层，所述超材料结构层包括被电压激励的外层结构和设置在外层结构内、未被电压激励的内层结构，所述外层结构与内层结构相耦合；所述超材料结构层电连接偏置电压；所述外层结构由若干块被电压激励的半导体基片组成，所述内层结构由若干块未被电压激励的半导体基片组成；所有半导体基片的上、下表面分别通过金属线连接偏置电压。
2.根据权利要求1所述的基于电磁诱导透明的可重构射频识别标签,其特征在于：所述若干个超材料结构层对应附着在划分若干个标签单元的衬底层上，超材料结构层位于标签单元的中心。
3.根据权利要求2所述的基于电磁诱导透明的可重构射频识别标签,其特征在于：所述内层结构为多个，多个内层结构沿外层结构的任意一条对称轴对称设置。
4.根据权利要求3所述的基于电磁诱导透明的可重构射频识别标签,其特征在于：所述外层结构为圆环结构，所述内层结构弧形开槽，所述弧形开槽对应圆中心角θ为0～360°。
5.根据权利要求4所述的基于电磁诱导透明的可重构射频识别标签,其特征在于：所述圆环与弧形开槽的中心相重合。
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