專利名稱：基于導(dǎo)體諧振特性的無芯片射頻識別電子標簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種無芯片射頻識別電子標簽，可用于生產(chǎn)、零 售、物流和交通各個行業(yè)的自動化管理。
背景技術(shù)：
射頻識別RFID是一種借助于電磁波傳播和感應(yīng)而進行的自動識別技術(shù)，該技術(shù) 作為一種快速、實時、準確采集與處理信息的高新技術(shù)和信息標準化的基礎(chǔ)，被列為二十一 世紀十大重要技術(shù)之一，具有受環(huán)境影響小、不易損壞、非接觸性以及識別效率高等優(yōu)點。 RFID電子標簽可以分為“有源”電子標簽和“無源”電子標簽，有源電子標簽具有內(nèi)部電源， 例如電池，從而使得該有源標簽?zāi)軌虬l(fā)送信號以被閱讀器讀取。無源電子標簽不具有內(nèi)部 電源，需要從閱讀器發(fā)送的電磁波中獲取能量。因此有源電子標簽相對無源電子標簽工作 距離更遠。以上兩種電子標簽均具有電子電路，典型的為集成電路或硅芯片的形式。該電 路能夠存儲協(xié)議命令并且向合法閱讀器傳輸識別數(shù)據(jù)。除了芯片之外，該電子標簽還包括 一些特定形式的天線，通過綁定技術(shù)連接到芯片。雖然業(yè)界普遍看好RFID技術(shù)的前景，但真正實際投入運行的系統(tǒng)卻不多。這主要 是由于相對于條形碼等技術(shù)，RFID電子標簽和閱讀設(shè)備的價格過高，其中電子標簽的成本 是限制RFID技術(shù)商業(yè)應(yīng)用取得成功的關(guān)鍵。由于硅芯片價格昂貴，尚不能在諸如包裝消費 品、郵遞物品、藥品和書籍等最大的RFID應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)全面實施，從而大大限制了 RFID的應(yīng) 用范圍。即使不考慮硅芯片的花費，電子標簽的安裝費用就相當于目前所使用的條形碼費 用的95%。無芯片RFID電子標簽既不包括集成電路也不包括單獨的電子部件例如晶體管或 線圈，而是基于普通的印刷電路技術(shù)，成本可以控制到很低。這種特性使得無芯片RFID電 子標簽?zāi)軌蛞缘陀趥鹘y(tǒng)RFID電子標簽的成本直接印刷在襯底上，從而擴展RFID的應(yīng)用領(lǐng) 域。隨著無芯片RFID電子標簽技術(shù)的成熟，未來十年無芯片RFID電子標簽的市場份 額將會迅速增加。據(jù)估計，全球銷售量將從2006年占RFID標簽銷售總數(shù)0. 4%的500萬支 增加到2016年占45%的沈70億支。按價值計算估計，無芯片電子標簽銷售總額將從2006 年的120萬美元增長到2016年的13. 9億美元，其中的突破性增長依靠的正是價格優(yōu)勢。包 括制造業(yè)、軟件業(yè)和服務(wù)業(yè)在內(nèi)，2016年將達到觀億美元的無芯片RFID市場。由此可見無 芯片RFID電子標簽技術(shù)應(yīng)用潛力巨大。我國在RFID技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，經(jīng)過多年的發(fā)展已在芯片設(shè)計與制造、標簽封 裝、讀寫器的設(shè)計與制造等方面都取得實際進展，具備一定的系統(tǒng)集成能力，并在幾個特定 領(lǐng)域開發(fā)了相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，提供了電子標簽應(yīng)用的完整解決方案。但目前還仍然集中在超 高頻、微波頻段的有芯片的RFID技術(shù)方面，這種有芯片的RFID電子標簽，由于其內(nèi)部芯片 的價格昂貴，大大的提高了標簽的成本，進而限制了 RFID技術(shù)的應(yīng)用。在無芯片RFID技術(shù)領(lǐng)域還未展開大規(guī)模研究和設(shè)計。我國在超高頻射頻芯片的研究方面與歐美等發(fā)達國家差距明顯，核心技術(shù)受制于人，嚴重制約了我國超高頻射頻識 別技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。作為RFID技術(shù)中的一個新穎方向，無芯片RFID電子標簽技術(shù)將有 力的推動國內(nèi)RFID技術(shù)的進步，實現(xiàn)跨越性發(fā)展，具有廣闊的發(fā)展前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有有芯片的RFID電子標簽的不足，提出基于導(dǎo)體 諧振特性的無芯片RFID電子標簽，以簡化電子標簽的結(jié)構(gòu)，減小電子標簽的成本，實現(xiàn) RFID技術(shù)在低端市場的普及和應(yīng)用。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于導(dǎo)體諧振特性的無芯片RFID電子標簽，給出如下 兩種技術(shù)方案；兩種技術(shù)方案均沒有采用價格相對高昂的集成電路或硅芯片，而是基于普 通的印刷電路技術(shù)，成本可以控制到很低，從而可以大大擴展RFID的應(yīng)用領(lǐng)域，其區(qū)別是 技術(shù)方案1使用了 η個螺旋缺陷地諧振單元，用于使特定頻率信號幅度產(chǎn)生衰減，相位發(fā)生 突變的傳輸?shù)桨l(fā)射天線，而技術(shù)方案2沒有使用螺旋缺陷地諧振單元，使特定頻率信號無 變化的傳輸?shù)桨l(fā)射天線，具體描述如下技術(shù)方案1.一種基于導(dǎo)體諧振特性的無芯片射頻識別電子標簽，其特征在于包 括接收天線、微波諧振電路和發(fā)射天線，接收天線的輸出端口與微波諧振電路的輸入端口 單向連接，微波諧振電路的輸出端與發(fā)射天線的輸入端口單向連接；所述的微波諧振電路 包括50歐姆微帶傳輸線、金屬地和η個螺旋缺陷地諧振單元，η的取值范圍為1到k，k為 標簽所包含的信息位數(shù)，這些螺旋缺陷地諧振單元排列于50歐姆微帶傳輸線的正下方的 金屬地上，調(diào)整螺旋線的寬度和長度，以及螺旋線之間的間隙，使這些螺旋缺陷地諧振單元 工作于不同的諧振頻率點，保證特定頻率信號在通過微波諧振電路后幅度產(chǎn)生衰減，相位 發(fā)生突變。技術(shù)方案2.—種基于導(dǎo)體諧振特性的無芯片射頻識別電子標簽，其特征在于包 括接收天線、微波諧振電路和發(fā)射天線，接收天線的輸出端口與微波諧振電路的輸入端口 單向連接，微波諧振電路的輸出端與發(fā)射天線的輸入端口單向連接；所述的微波諧振電路 包括50歐姆微帶傳輸線和金屬地，用于使特定頻率信號無突變的傳輸?shù)桨l(fā)射天線。所述的接收天線為印刷單極子超寬帶天線，用于接收外部閱讀器發(fā)送的詢問信 號，并將詢問信號傳輸?shù)轿⒉ㄖC振電路。所述的發(fā)射天線為印刷單極子超寬帶天線，用于接收微波諧振電路傳輸過來的信 號，并將該信號發(fā)送回外部閱讀器。本發(fā)明由于設(shè)計的無芯片射頻識別電子標簽采用普通的印刷電路技術(shù)直接印刷 在襯底上，沒有使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格相對高昂的集成電路或硅芯片，因而簡化了標簽的結(jié) 構(gòu)，且標簽的成本低于傳統(tǒng)有芯片RFID電子標簽成本，從而大大擴展了 RFID的應(yīng)用領(lǐng)域； 同時由于本發(fā)明是基于螺旋缺陷地諧振單元的諧振特性而設(shè)計的，在螺旋缺陷地單元與微 帶線之間采用強耦合形式組合，故抗外界電磁干擾能力很強，且標簽厚度可降低到0. 1mm。以下參照附圖對本發(fā)明的工作方式作詳細描述。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明第一實施例中的標簽頂層結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明第一實施例中的標簽底層結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明第二實施例中的標簽頂層結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明第二實施例中的標簽底層結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式參照圖1，本發(fā)明由接收天線11、微波諧振電路12和發(fā)射天線13構(gòu)成，接收天線 11的輸出端口與微波諧振電路12的輸入端口單向連接，微波諧振電路12的輸出端與發(fā)射 天線13的輸入端口單向連接；接收天線11為印刷單極子超寬帶天線，用于接收外部閱讀器 發(fā)送的詢問信號，并將詢問信號傳輸?shù)轿⒉ㄖC振電路12 ；發(fā)射天線13為印刷單極子超寬帶 天線，用于接收微波諧振電路12傳輸過來的信號，并將該信號發(fā)送回外部閱讀器；通過控 制微波諧振電路12的組成成分，可以確定特定頻率信號的幅度和相位是否發(fā)生了突變的 傳輸?shù)桨l(fā)射天線，再由發(fā)射天線發(fā)送回外部閱讀器，進而由外部閱讀器對接收到信號的幅 度和相位進行確認，對標簽進行識別；基于微波諧振電路12的組成成分的不同，本發(fā)明給 出了如下兩種實施例。實施例1 本發(fā)明第一實施例中的微波諧振電路12由50歐姆微帶傳輸線21、金屬地22和η 個螺旋缺陷地諧振單元23組成，這些螺旋缺陷地諧振單元23位于50歐姆微帶傳輸線21 的正下方，刻蝕于金屬地22上，用于使特定頻率信號幅度產(chǎn)生衰減，相位發(fā)生突變的傳輸 到發(fā)射天線13。參照圖2，本發(fā)明第一實施例中標簽頂層的結(jié)構(gòu)包括50歐姆微帶傳輸線21、接收 天線11和發(fā)射天線13，接收天線11和發(fā)射天線13以正交極化的方式放置，兩天線由50歐 姆微帶傳輸線21連接。參照圖3，本發(fā)明第一實施例中標簽底層的結(jié)構(gòu)包括金屬地22和η個螺旋缺陷地 諧振單元23，η的取值范圍為1到k，k為標簽所包含的信息位數(shù)；金屬地22為覆在標簽底 層的一層薄薄的金屬，厚度為18微米到35微米，金屬地22覆蓋的范圍不包括接收天線11 和發(fā)射天線13正下方的區(qū)域；η個螺旋缺陷地諧振單元23位于標簽頂層50歐姆微帶傳輸 線21的正下方，刻蝕于金屬地22上，螺旋缺陷地諧振單元23與50歐姆微帶傳輸線微帶線 21之間采用強耦合形式組合，通過控制每個螺旋缺陷地諧振單元23的尺寸，即調(diào)整螺旋線 的寬度和長度，以及螺旋線之間的間隙，使這些螺旋缺陷地諧振單元23工作于不同的諧振 頻率點。實施例2 本發(fā)明第二實施例中的微波諧振電路12由50歐姆微帶傳輸線21、金屬地22組 成，用于使特定頻率信號無突變的傳輸?shù)桨l(fā)射天線13。參照圖4，本發(fā)明第二實施例中標簽頂層的結(jié)構(gòu)包括50歐姆微帶傳輸線21、接收 天線11和發(fā)射天線13，接收天線11和發(fā)射天線13以正交極化的方式放置，兩天線由50歐 姆微帶傳輸線21連接。參照圖5，本發(fā)明第二實施例參照圖5，本發(fā)明第二實施例中標簽底層的結(jié)構(gòu)為金 屬地22，金屬地22為覆在標簽底層的一層薄薄的金屬，厚度為18微米到35微米，金屬地22覆蓋的范圍不包括接收天線11和發(fā)射天線13正下方的區(qū)域。本發(fā)明的工作原理如下設(shè)定標簽所包含的信息位數(shù)為k，用于識別標簽的外部閱讀器先后發(fā)射頻率f\、 f2、f3. . . fk的詢問信號，其中頻率為fm的詢問信號用于判定標簽的第m位數(shù)據(jù)，m的取值范 圍是1到k。頻率為fm的詢問信號由電子標簽的接收天線11接收，然后輸送到微波諧振電 路12，如果微波諧振電路12的諧振頻率與乙相同，則詢問信號經(jīng)過微波諧振電路12，到達 發(fā)射天線13時幅度會發(fā)生衰減，相位產(chǎn)生突變；如果微波諧振電路12的諧振頻率與之不 同，則詢問信號經(jīng)過微波諧振電路12，到達發(fā)射天線13時幅度與相位均不會發(fā)生改變。外 部閱讀器接收到發(fā)射天線I3發(fā)送回來的信號后對信號進行判定，以標簽中不包含任意螺 旋缺陷地諧振單元23時接收到的信號幅度和相位作為參考，如果頻率為fm處信號幅度發(fā) 生衰減，相位產(chǎn)生突變，則認為標簽的第m位為1，如果頻率為fm處信號幅度和相位均不發(fā) 生突變，則認為標簽的第m位為0，依此確定標簽包含的每一位數(shù)據(jù)的信息，而完成對標簽 的識別。本發(fā)明能夠應(yīng)用于如下環(huán)境1)低廉物品倉儲管理通過無芯片電子標簽在物品倉儲中建立可追溯系統(tǒng)。將電子標簽直接附著在貨品 上，將電子標簽的ID號和數(shù)據(jù)庫一一對應(yīng)，貨品與其完整的身份之間建立物理聯(lián)系，使射 頻識別系統(tǒng)能夠清楚地獲知貨品的位置、身份、儲運歷史、目的地、有效期及其它有用信息。2)低廉物品配送管理通過無芯片電子標簽在生產(chǎn)加工及商店供應(yīng)鏈中建立可追溯系統(tǒng)。將電子標簽直 接附著在貨品上，將電子標簽的ID號和數(shù)據(jù)庫一一對應(yīng)。RFID系統(tǒng)能夠為供應(yīng)鏈中的實際 貨品提供詳盡的數(shù)據(jù)，并在貨品與其完整的身份之間建立物理聯(lián)系，用戶可方便地了解貨 品目前所處運輸狀態(tài)信息，方便實時管理。
權(quán)利要求
1.一種基于導(dǎo)體諧振特性的無芯片射頻識別電子標簽，其特征在于包括接收天線(11)、微波諧振電路(12)和發(fā)射天線(13)，接收天線(11)的輸出端口與微波諧振電路(12)的輸入端口單向連接，微波諧振電路(12)的輸出端與發(fā)射天線(13)的輸入端口單向 連接；所述的微波諧振電路(1 包括50歐姆微帶傳輸線(21)、金屬地0 和η個螺旋缺 陷地諧振單元，η的取值范圍為1到k，k為標簽所包含的信息位數(shù)，這些螺旋缺陷地諧 振單元排列于50歐姆微帶傳輸線的正下方的金屬地02)上，調(diào)整螺旋線的寬度和長度，以 及螺旋線之間的間隙，使這些螺旋缺陷地諧振單元23工作于不同的諧振頻率點，保證特定 頻率信號在通過微波諧振電路(1 后幅度產(chǎn)生衰減，相位發(fā)生突變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無芯片射頻識別電子標簽，其特征在于所述的接收天線(11) 為印刷單極子超寬帶天線，用于接收外部閱讀器發(fā)送的詢問信號，并將詢問信號傳輸?shù)轿?波諧振電路(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無芯片射頻識別電子標簽，其特征在于所述的發(fā)射天線(13) 為印刷單極子超寬帶天線，用于接收微波諧振電路(12)傳輸過來的信號，并將該信號發(fā)送 回外部閱讀器。
4.一種基于導(dǎo)體諧振特性的無芯片射頻識別電子標簽，其特征在于包括接收天線(11)、微波諧振電路(12)和發(fā)射天線(13)，接收天線(11)的輸出端口與微波諧振電路(12)的輸入端口單向連接，微波諧振電路(12)的輸出端與發(fā)射天線(13)的輸入端口單向 連接；所述的微波諧振電路(1 包括50歐姆微帶傳輸線和金屬地(22)，用于使特定 頻率信號無突變的傳輸?shù)桨l(fā)射天線(13)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于導(dǎo)體諧振特性的無芯片射頻識別電子標簽，主要解決現(xiàn)有有芯片射頻識別標簽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本過高的問題。該電子標簽包括接收天線(11)、微波諧振電路(12)和發(fā)射天線(13)，其中接收天線(11)接收外部閱讀器發(fā)射的詢問信號，并將詢問信號傳輸?shù)轿⒉ㄖC振電路(12)，通過控制微波諧振電路(12)使特定頻率信號的幅度產(chǎn)生衰減，相位發(fā)生突變或無變化的傳輸?shù)桨l(fā)射天線(13)，由發(fā)射天線(13)將信號返回到外部閱讀器，由外部閱讀器通過判定接收到信號的幅度和相位確認標簽的信息。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉的特點，大大擴展了RFID的應(yīng)用領(lǐng)域，可用于低廉物品倉儲管理和低廉物品配送管理。
文檔編號G06K19/077GK102129603SQ20111006896
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者史小衛(wèi), 高長佳, 魏峰, 黃丘林 申請人:西安電子科技大學(xué)