CN106295765B - 一种超宽带变极化无芯片rfid标签 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超宽带变极化无芯片RFID标签，包括标签贴片单元、金属地板及介质基板，所述标签贴片单元位于所述介质基板的上表面，所述金属地板位于介质基板的下表面，所述标签贴片单元由至少一个金属圆环组和至少一个中心圆形金属贴片构成，所述中心圆形金属贴片位于金属圆环组内，其圆心与金属圆环组的圆心重合，金属圆环组由m个金属圆环构成，m个金属圆环为嵌套分布，所述m小于等于3，每个金属圆环实现一位编码位数，每个金属圆环的内环均加载两个短枝节；本发明具有成本低、抗干扰能力强、易于在实际环境中检测以及与同种类型标签相比有较大的编码容量等优点。

Description

一种超宽带变极化无芯片RFID标签

技术领域

本发明涉及无芯片RFID领域，具体涉及一种超宽带变极化无芯片RFID标签。

背景技术

射频识别(RFID)作为一种通过微波信号识别特定目标并且读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触的无线识别技术，应用范围已经日趋广泛。一般的射频识别系统由阅读器、应用系统以及标签等部分组成，其中标签扮演了重要角色：随着物联网在交通、物流、工业和商业零售等行业的广泛应用，需要附着RFID标签的物品数量急剧上升，RFID标签未来的发展趋势之一是用来代替条形码，这是因为相对于现有的条形码技术而言，RFID标签具有数据容量大、无障碍阅读和批量检测等优势，能够更好地实现对库存商品的自动化跟踪。随着数以十亿计的RFID标签的大规模应用，整个RFID系统的部署费用将取决于RFID标签的成本。而传统的有芯片标签由于结构中包含集成电路和编解码芯片使得制造成本偏高，无法满足大规模批量生产和应用的要求。无芯片RFID标签由于制作成本低、适合批量生产等原因，已成为目前研究的热点，目前主要有中继式、时域编码型、电磁后向散射型以及近场打印线圈式等类型。综合工作距离、数据容量、尺寸大小和工作频段等因素考虑，采用频域编码的后向散射型无芯片RFID标签是目前应用的主要类型。

无芯片RFID标签除具有较高的编码容量外，标签还必须具备在实际环境中能够被阅读且校准技术简单的特性。目前无芯片RFID系统，在标签实测过程分两步，第一步(校准检测)先对没有标签存在的背景环境进行检测得到数据S1，第二步在相同的背景环境下对标签进行检测得到数据S2，除去背景环境影响的数据S2-S1为最终的有效数据。其中数据S1囊括标签所附着物体的影响，因此若附着物体的材质、尺寸等发生变化需重新校准。而具有“变极化”技术(depolarizing technique)的标签，校准检测时无需包含标签所附着的物体，摒除了由于标签附着的物体有很大的不确定性带来的麻烦，这样便能够大大简化校准技术。并且在阅读器端收发天线相互正交，提高了收发天线的隔离度。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种超宽带变极化无芯片RFID标签。

本发明采用如下技术方案：

一种超宽带变极化无芯片RFID标签，包括标签贴片单元、金属地板及介质基板，所述标签贴片单元位于所述介质基板的上表面，所述金属地板位于介质基板的下表面，所述标签贴片单元由至少一个金属圆环组和至少一个中心圆形金属贴片构成，所述中心圆形金属贴片位于金属圆环组内，其圆心与金属圆环组的圆心重合，金属圆环组由m个金属圆环构成，m个金属圆环为嵌套分布，所述m小于等于3，每个金属圆环实现一位编码位数，每个金属圆环的内环均加载两个短枝节；

当m＝3时称为标准嵌套组，标准嵌套组的金属圆环组由三个金属圆环构成，最外层的金属圆环为标准环，中间金属圆环及内层金属圆环通过比例缩放系数缩小得到。

所述标准环的内径为5.5mm,外径为6mm。

所述两个短枝节相互正交，均指向圆心。

所述比例缩放系数为0.78，将标准环缩小0.78倍生成中间金属圆环，将标准环缩小为0.78×0.78倍生成内层金属圆环。

标准环的内环加载的两个短枝节的长和宽均为0.5mm，中间金属圆环及内层金属圆环的内环加载的两个短枝节按照比例缩放系数缩小得到。

标准嵌套组实现编码111，增加嵌套组增加编码位数，增加的嵌套组是通过按照比例缩放系数放大或缩小标准嵌套组得到。

所述介质基板为单层。

本发明的有益效果：

本发明提供一种采用变极化技术的工作于UWB频段可用于商品编码的低成本无芯片RFID标签。在距离标签正前方，向标签发射一个垂直方向的线极化波作为询问信号，利用不同大小的金属圆环在不同的频率点能产生谐振进行编码，即特定频点的谐振波峰编码为“1”，而谐振波峰消失时编码为“0”。

通过在金属圆环内加载内向的短枝节实现变极化技术，若有一个垂直方向的线极化波入射到该标签表面，可以通过检测水平方向的雷达散射截面(RCS)分量来实现特定的编码，这样可以简化在实际检测中的校准过程，而且在阅读器一端增加了发射和接收天线的隔离度。

通过内嵌套技术将三个不同大小的圆环组成一个嵌套组，这种方式可以提高介质基板的表面空间利用率，同时也能够提高标签的编码容量密度。

附图说明

图1是本发明实施例中包含一种超宽带变极化无芯片RFID标签的工作系统结构图；

图2(a)是本发明一种超宽带变极化无芯片RFID标签的俯视图；

图2(b)是本发明一种超宽带变极化无芯片RFID标签的标准嵌套组结构侧视图；

图2(c)是本发明一种超宽带变极化无芯片RFID标签实现9-bit编码的结构俯视图；

图3(a)是本发明一种超宽带变极化无芯片RFID标签的标准嵌套组的参数图；

图3(b)是图2(c)的参数示意图；

图4(a)是本发明一种超宽带变极化无芯片RFID标签的标准嵌套组实现3-bit编码“111”的RCS图；

图4(b)是本发明一种超宽带变极化无芯片RFID标签实现9-bit编码“111111111”的RCS图；

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种超宽带变极化无芯片RFID标签的工作系统，由阅读器、发射天线TX、接收天线RX以及标签构成，发射天线TX发射垂直极化波作为询问信号，此信号经过标签后反射的水平分量可被接收天线RX获取，接收到的水平分量的RCS在频域的某些特定频点表现为明显的谐振波峰，由此可实现一定位数的编码。

如图2(a)及图2(b)所示，一种超宽带变极化无芯片RFID标签，工作于UWB频段，包括标签贴片单元2、金属地板7及单层介质基板1，所述标签贴片单元2位于所述单层介质基板1的上表面，所述金属地板7位于单层介质基板1的下表面。

标签贴片单元由至少一个金属圆环组及至少一个中心圆形金属贴片构成，金属圆环组与中心圆形金属贴片是一一对应关系，所述中心圆形金属贴片的圆心与金属圆环组的圆心重合，每个金属圆环组由m个金属圆环构成，每个金属圆环实现一位编码位数，m个金属圆环为嵌套分布，所述m小于等于3，所述每个金属圆环的内环均加载两个短枝节。

当m＝3时，即一组由三个金属圆环时称为标准嵌套组，最外层的金属圆环为标准环，中间金属圆环及内层金属圆环通过比例缩放系数放大或缩小得到，实现编码111。

中间金属圆环及内层金属圆环所加载的两个短枝节也是通过比例缩放系数放大或缩小最外层金属圆环的短枝节得到。

本发明根据实际需要可以选择增加由一个金属圆环或两个金属圆环或三个金属圆环构成的金属圆环组，每组金属圆环都一一对应中心圆形金属贴片。

本发明实现编码是利用谐振波峰的谐振点位置和环的大小是一一对应的关系，即环径越大谐振点越低，反之环径越小谐振点越高，并通过控制环径大小将编码频段控制在UWB频段(3.1-10.6GHz)以内。有谐振波峰的频点编码为“1”，若要实现编码“0”去除对应的圆环而其他圆环保持不变即可。

本实施例中所述标签贴片单元2由三个同心的金属圆环2A-2C和中心圆形金属贴片6构成，一个金属圆环表示一位编码，三个同心的金属圆环嵌套分布，外层金属圆环2A为标准环，内嵌于外层金属圆环的中间及内层金属圆环由标准环通过比例缩放系数SF放大或缩小生成，本实施例中，外层金属圆环为标准环，比例缩放系数SF为0.78，中间金属圆环2B将标准环缩小0.78倍生成中间金属圆环，将标准环缩小为0.78×0.78倍生成内层金属圆环2C，所述中心圆形金属贴片6的圆心与三个金属圆环的圆心重合，用来改善回波信号的强度和准确度。

所述标准环的内径r1为5.5mm，外径R1为6mm。

所述三层金属圆环的内环均加载两个短枝节，所述两个短枝节相互正交，指向圆心，外层金属圆环的两个短枝节的长宽均为0.5mm。加载短枝节的金属圆环可以实现变极化功能，即垂直极化波打在所述内向加载短枝节的金属圆环上，在回波中的水平分量中可检测到特定频点出现明显的谐振波峰。

设上述的三个金属圆环及中心圆形金属贴片构成一个标准嵌套组，表示三位编码位数，若要增加编码位数，即增加嵌套组的个数，这些嵌套组可由标准嵌套组通过合适的缩放比例系数SF放大或缩小生成。如图2(c)所示的标签实现了9-bit编码，其中T1为标准嵌套组，对标准嵌套组T1实施比例缩小或者放大生成另外两个嵌套组T2和T3。

本实施例中，所述介质基板采用高频板材Rogers 4003,其相对介电常数为3.55，电损耗角正切值为0.0027。介质基板的尺寸跟标签实现的编码位数成正比，厚度H均为0.8mm。如图3(a)所示，3-bit编码的标准嵌套组所在的正方形介质基板长度：L＝14mm；如图3(b)所示，9-bit编码的标签采用的介质基板长度：W1＝46mm，宽度：W2＝16mm，嵌套组之间的间隔距离：g＝3mm。

如图3(a)所示，本实施例中标准嵌套组由外向里的具体参数如下：

最外层金属圆环即标准环的外半径：R1＝6mm，内半径：r1＝5.5mm，所加载短枝节的长度：d1＝0.5mm，外层金属圆环的加载短枝节3V、3H的宽度：d1＝0.5mm；

中间层金属圆环：外半径：R2＝0.78×R1mm，内半径：r2＝0.78×r1mm，所加载短枝节的长度d2＝0.78×d1mm，中间金属圆环的加载短枝节4V、4H的宽度：d2＝0.78×d1mm；

内层金属圆环：外半径：R3＝0.78×0.78×R1mm，内半径：r3＝0.78×0.78×r1mm，所加载短枝节的长度d3＝0.78×0.78×d1mm，内层金属圆环的加载短枝节5V、5H的宽度：d3＝0.78×0.78×d1mm。

位于中心圆形金属贴片的半径：R＝2mm。

图2(a)所示的标准嵌套组若采用普通的频域编码可实现3-bit编码，其RCS仿真图如图4(a)所示，实线为正交极化部分，虚线为共面极化部分，而正交极化的RCS频谱图可实现图1所示的变极化无芯片RFID系统，即实线部分可以用来进行频域编码；其中三个谐振波峰和图2(a)中的金属圆环一一对应，可以通过移除某一圆环实现一位“0”的编码。且工作频段为UWB频段(3.1GHz-10.6GHz)。

如图2(c)所示，若要增加编码容量可通过对标准嵌套组T1进行延拓：将标准嵌套组T1缩小一定比例形成嵌套组T2，将标准嵌套组T1放大一定比例形成嵌套组T3。这样形成的标签若采用普通的频域编码可实现9-bit编码，其在UWB频段内的RCS仿真图如图4(b)所示,所有谐振峰均和图2(c)中标注的圆环一一对应，同样可以通过移除某一圆环实现一位“0”的编码。

该标签具有成本低、抗干扰能力强、易于在实际环境中检测以及与同种类型标签相比有较大的编码容量等优点。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种超宽带变极化无芯片RFID标签，其特征在于，包括标签贴片单元、金属地板及介质基板，所述标签贴片单元位于所述介质基板的上表面，所述金属地板位于介质基板的下表面，所述标签贴片单元由至少一个金属圆环组和至少一个中心圆形金属贴片构成，所述中心圆形金属贴片位于金属圆环组内，其圆心与金属圆环组的圆心重合，金属圆环组由m个金属圆环构成，m个金属圆环为嵌套分布，所述m小于等于3，每个金属圆环实现一位编码位数，每个金属圆环的内环均加载两个短枝节；

当m＝3时称为标准嵌套组，标准嵌套组的金属圆环组由三个金属圆环构成，最外层的金属圆环为标准环，中间金属圆环及内层金属圆环通过比例缩放系数缩小得到；

所述两个短枝节相互正交，均指向圆心；

所述比例缩放系数为0.78，将标准环缩小0.78倍生成中间金属圆环，将标准环缩小为0.78×0.78倍生成内层金属圆环；

标准环的内环加载的两个短枝节的长和宽均为0.5mm，中间金属圆环及内层金属圆环的内环加载的两个短枝节按照比例缩放系数缩小得到。

2.根据权利要求1所述的一种超宽带变极化无芯片RFID标签，其特征在于，所述标准环的内径为5.5mm,外径为6mm。

3.根据权利要求1所述的一种超宽带变极化无芯片RFID标签，其特征在于，标准嵌套组实现编码111，增加金属圆环组增加编码位数，增加的金属圆环组是通过按照比例缩放系数放大或缩小标准嵌套组得到。

4.根据权利要求1所述的一种超宽带变极化无芯片RFID标签，其特征在于，所述介质基板为单层。