CN106295775A - 一种z字形变极化无芯片rfid标签及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Z字形变极化无芯片RFID芯片及系统，包括标签贴片单元、金属地板及单层介质基板，所述标签贴片单元位于单层介质基板的上表面，所述金属地板位于单层介质基板的下表面，所述标签贴片单元由两个横向枝节及一个纵向枝节构成，所述两个横向枝节分别垂直于纵向枝节的两端，标签贴片单元呈Z字形结构。本发明具有小形化、抗干扰能力强、易于在实际环境中检测以及结构简单易于批量生产等优点。

Description

一种Z字形变极化无芯片RFID标签及系统
技术领域
本发明涉及无芯片RFID领域，具体涉及一种Z字形变极化无芯片RFID标签及系统。
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形。
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Z字形变极化无芯片RFID标签及系统。
本发明采用如下技术方案：
一种Z字形变极化无芯片RFID标签，包括标签贴片单元、金属地板及单层介质基板，所述标签贴片单元位于单层介质基板的上表面，所述金属地板位于单层介质基板的下表面，所述标签贴片单元由两个横向枝节及一个纵向枝节构成，所述两个横向枝节分别垂直于纵向枝节的两端，所述标签贴片单元呈Z字形结构。
所述标签贴片单元为阶梯阻抗结构，所述两个横向枝节的宽度相同，其两个横向枝节的宽度与纵向枝节的宽度不同。
所述横向枝节的宽度为1毫米，纵向枝节的宽度为0.5毫米。
改变横向枝节的长度或改变纵向枝节的长度进一步改变谐振频点的位置，且通过对应谐振位置的标签的有无分别实现“1”或“0”的编码；
通过将不同长度的横向枝节或不同长度的纵向枝节的标签单元刻蚀于同一块介质基板上增加编码容量。
一种Z字形变极化无芯片RFID标签构成的系统，包括阅读器、发射天线、接收天线及标签，所述发射天线与接收天线相互垂直，所述标签由至少一个Z字形变极化无芯片RFID标签构成。
两个以上Z字形变极化无芯片RFID标签的横向枝节长度不同或纵向枝节长度不同。
本发明的有益效果：
(1)在阅读器端采用的收发天线RX、TX相互正交，从而提高了收发天线的隔离度；
(2)标签具有更强的抗干扰能力，便于在复杂的实际环境中进行检测，因为实际环境中标签周围可能存在的物体反射的电磁波依然是垂直极化。
(3)简化了检测过程中的校准过程：无需考虑标签附着于何种物体上。
(4)本发明的标签结构简单，便于批量生产。且由于结构带有金属地板，因此具有一定的抗金属能力，可附着于金属物体上。
附图说明
图1是本发明的一种Z字形变极化无芯片RFID标签构成的系统的结构图；
图2是本发明实现1-bit编码的Z字形阶梯阻抗式变极化无芯片RFID标签的俯视图；
图3是本发明图2的侧视图；
图4是本发明实现实现3-bit编码的Z字形阶梯阻抗式变极化无芯片RFID标签的俯视图；
图5是图2的参数示意图；
图6是图4的参数示意图；
图7是图2中Z字形阶梯阻抗式变极化无芯片RFID标签实现1-bit编码“1”的RCS仿真图；
图8是图4中Z字形阶梯阻抗式变极化无芯片RFID标签实现3-bit编码编码“111”的RCS仿真图。
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Z字形变极化无芯片RFID标签构成的系统，包括阅读器、发射天线TX和接收天线RX以及标签，所述发射天线TX及接收天线RX相互垂直，所述发射天线TX发射垂直极化波作为询问信号，此信号经过标签后发射回来的水平极化分量可被接收天线RX接收，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及图3所示，所述标签由至少一个Z字形变极化无芯片RFID标签构成，Z字形变极化无芯片RFID标签包括标签贴片单元2、金属地板3及单层介质基板1，所述标签贴片单元位于单层介质基板的上表面，所述金属地板位于单层介质基板的下表面，所述标签贴片单元由两个横向枝节2H1、2H2及一个纵向枝节2V构成，所述两个横向枝节分别垂直于纵向枝节的两端，两个横向枝节的朝向相反，所述标签贴片单元呈Z字形结构。
所述标签贴片单元为阶梯阻抗结构，所述两个横向枝节的宽度相同，其两个横向枝节的宽度与纵向枝节的宽度不同。
通过改变横向枝节2H1、2H2或者竖直部分2V的长度来改变谐振频点的位置，如图6所示，三个具有不同长度横向枝节的标签贴片单元实现了分别在三个不同频点处的谐振，因此可以编码三位，且通过对应谐振位置的短偶极子的有无分别实现“0”或“1”的编码。
本实施例中，所述介质基板采用高频板材Taconic TLX-8,其相对介电常数为2.55，电损耗角正切值为0.0019。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0.7mm。如图5所示，编码一位的标签贴片单元所在的正方形介质基板长度：L＝8mm；如图6所示，编码三位的标签采用的介质基板长度：X＝12mm，宽度：Y＝10mm，标签单元之间的间隔距离：dx＝dy＝1mm。
如图5所示，一种Z字形阶梯阻抗式变极化无芯片RFID标签贴片单元的具体参数为竖直枝节2V的长度：L1＝4mm，宽度：W1＝0.5mm；横向枝节2H1、2H2的长度：L2＝2mm，宽度：W2＝1mm。图2所示一种Z字形阶梯阻抗变极化无芯片RFID标签实现1-bit编码的结构的RCS仿真图如图7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，且其工作频段位于6GHz-16GHz。
若要增加编码容量，可通过将不同长度横向枝节或竖直部分的贴片单元合理刻蚀于大小合适的介质基板上。如图4所示的标签则是通过改变横向枝节的长度形成不同的三个贴片单元T1、T2及T3，若采用普通的频域编码可实现3-bit编码，其在6GHz-16GHz频段内的RCS仿真图如图8所示，所有谐振峰均和图4中标注的贴片单元一一对应，同样可以通过移除某一单元实现一位“0”的编码。
该标签具有小形化、抗干扰能力强、易于在实际环境中检测以及结构简单易于批量生产等优点。
本发明采用变极化技术，实际应用中通过检测正交方向上的RCS分量(crossRCS)，该正交分量包含了编码信息。整个过程可大致描述为：阅读器通过发射天线TX发射垂直极化波作为询问信号，该垂直极化波经过具有变极化特性的标签以后在正交极化方向(水平方向)具有较高水平的RCS分量，并且这正交的RCS分量在特定的谐振频点出现明显的谐振波峰，即正交RCS分量具有编码信息。
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 (6)

1.一种Z字形变极化无芯片RFID标签，其特征在于，包括标签贴片单元、金属地板及单层介质基板，所述标签贴片单元位于单层介质基板的上表面，所述金属地板位于单层介质基板的下表面，所述标签贴片单元由两个横向枝节及一个纵向枝节构成，所述两个横向枝节分别垂直于纵向枝节的两端，所述标签贴片单元呈Z字形结构。
2.根据权利要求1所述的一种Z字形变极化无芯片RFID标签，其特征在于，所述标签贴片单元为阶梯阻抗结构，所述两个横向枝节的宽度相同，其两个横向枝节的宽度与纵向枝节的宽度不同。
3.根据权利要求2所述的一种Z字形变极化无芯片RFID标签，其特征在于，所述横向枝节的宽度为1毫米，纵向枝节的宽度为0.5毫米。
4.根据权利要求1所述的一种Z字形变极化无芯片RFID标签，其特征在于，改变横向枝节的长度或改变纵向枝节的长度进一步改变谐振频点的位置，且通过对应谐振位置的标签的有无分别实现“0”或“1”的编码；
通过将不同长度的横向枝节或不同长度的纵向枝节的标签单元刻蚀于同一块介质基板上增加编码容量。
5.一种由权利要求1-4任一项所述的一种Z字形变极化无芯片RFID标签构成的系统，其特征在于，包括阅读器、发射天线、接收天线及标签，所述发射天线与接收天线相互垂直，所述标签由至少一个Z字形变极化无芯片RFID标签构成。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，两个以上Z字形变极化无芯片RFID标签的横向枝节长度不同或纵向枝节长度不同。
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