本發(fā)明涉及射頻識別電子標(biāo)簽領(lǐng)域，具體涉及一種高隔離多比特?zé)o芯片標(biāo)簽結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

射頻識別技術(shù)(radiofrequencyidentification,簡稱rfid)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，不需要人工干預(yù)。在rfid技術(shù)中，標(biāo)簽具有壽命長、體積小、容量大、可重復(fù)使用等優(yōu)勢。但是由于標(biāo)簽的成本高，導(dǎo)致其商業(yè)化生產(chǎn)具有很大的限制性。對于常見的標(biāo)簽通常包括天線和芯片兩部分，芯片是整個標(biāo)簽成本的主要來源，去除芯片，對于降低標(biāo)簽的成本具有本質(zhì)性意義，無芯片標(biāo)簽就是在此潮流中應(yīng)運(yùn)而生的。

目前，無芯片標(biāo)簽的研究主要分為三種實(shí)現(xiàn)方式：基于時域編碼方式，基于頻譜特性編碼的方式，以及通過應(yīng)答信號的幅度或者相位進(jìn)行編碼的方式。

在標(biāo)簽設(shè)計中，基于時域編碼方式實(shí)現(xiàn)可印刷標(biāo)簽設(shè)計主要采用聲表面波技術(shù)實(shí)現(xiàn)編碼；實(shí)現(xiàn)不可印刷標(biāo)簽的設(shè)計則通過不同長度的延時線，控制兩個編碼的時間差實(shí)現(xiàn)編碼。

基于頻譜特性編碼的無芯片標(biāo)簽，通過諧振器構(gòu)成濾波結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼；每一個比特所對應(yīng)的諧振結(jié)構(gòu)在不同的頻段范圍內(nèi)進(jìn)行諧振從而實(shí)現(xiàn)編碼；該編碼方式具有完全可印刷，數(shù)據(jù)存儲量大等優(yōu)勢，但對于頻譜的占用帶寬較大。

基于應(yīng)答信號的幅度或者相位編碼的方式，通過調(diào)節(jié)無芯片標(biāo)簽的負(fù)載改變標(biāo)簽反向散射波的幅度與相位實(shí)現(xiàn)編碼；該編碼方式占用帶寬窄，但編碼容量有限。

在標(biāo)簽天線的設(shè)計中，以經(jīng)典的頻率選擇表面結(jié)構(gòu)作為原型進(jìn)行研究受到很多研究者的追捧。對于采用基本頻率選擇表面原型直接嵌套的結(jié)構(gòu)，具有入射角靈敏度低的優(yōu)勢，但是由于嵌套單元的頻率選擇性低，編碼容量擴(kuò)充受到制約，占用帶寬大，并且各單元之間隔離度不高，編碼不易區(qū)分。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對嵌套單元間隔離度低的問題，提出一種高隔離多比特?zé)o芯片標(biāo)簽結(jié)構(gòu)；該標(biāo)簽結(jié)構(gòu)采用基本環(huán)狀嵌套單元結(jié)合鋸齒結(jié)構(gòu)對場的約束性，可以有效地控制兩個嵌套單元之間的磁場分布，減小兩個嵌套單元的耦合，增大隔離度。

所述的標(biāo)簽結(jié)構(gòu)包括環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)和介質(zhì)板；環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)貼在介質(zhì)板的單面上，或者采用兩層環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)分別貼在介質(zhì)板的上下表面。

所述環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)包括多個半徑不同的環(huán)形貼片編碼單元，分布于介質(zhì)板同面或者異面；每個環(huán)形貼片編碼單元分別對應(yīng)一個比特的編碼位，每個環(huán)形貼片編碼單元的半徑不同，對應(yīng)的諧振點(diǎn)位置不同，從而諧振頻點(diǎn)也不同，半徑越大，對應(yīng)的諧振頻點(diǎn)越低。

每個環(huán)形貼片編碼單元均包括規(guī)則金屬環(huán)和鋸齒結(jié)構(gòu)；金屬環(huán)的邊分別對應(yīng)平行于介質(zhì)板的邊，在金屬環(huán)的內(nèi)側(cè)邊上設(shè)定鋸齒結(jié)構(gòu)；

在介質(zhì)板的表面上，所有的環(huán)形貼片編碼單元結(jié)構(gòu)相同，互相平行設(shè)置，且中心點(diǎn)在同一個位置，按照相同的排列形式嵌套排列；介質(zhì)板同面上相鄰兩個環(huán)形貼片編碼單元之間的間距相同，或者根據(jù)實(shí)際需要的頻點(diǎn)調(diào)節(jié)設(shè)定為不同間距；且單面上的所有環(huán)形貼片編碼單元共同構(gòu)成一個編碼。

當(dāng)環(huán)形貼片編碼單元同時分布于介質(zhì)板的上下表面時，下表面的每個環(huán)形貼片編碼單元的位置對應(yīng)在上表面的相鄰兩個環(huán)形貼片編碼單元之間的縫隙中，且上下表面上的所有環(huán)形貼片編碼單元共同構(gòu)成一個編碼；通過增加環(huán)形貼片編碼單元的數(shù)量，增加編碼的位數(shù)，具有可擴(kuò)充性。

鋸齒結(jié)構(gòu)對表面波進(jìn)行束縛，使得每個環(huán)形貼片編碼單元的邊緣電流分布減弱，增大了環(huán)形貼片編碼單元之間的隔離度，使編碼更加清晰。

所述的環(huán)形貼片編碼單元不具有局限性，為方形、矩形或多邊形等多種不同形式；

鋸齒結(jié)構(gòu)形狀不具有局限性，為矩形、梯形或v形等多種不同形式。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)一種高隔離多比特?zé)o芯片標(biāo)簽結(jié)構(gòu)，是一種低成本，小型化，編碼單元隔離度高的基于鋸齒結(jié)構(gòu)的無芯片標(biāo)簽；

(2)一種高隔離多比特?zé)o芯片標(biāo)簽結(jié)構(gòu)，介質(zhì)板上下兩層均可進(jìn)行編碼，提高了空間的利用率，可實(shí)現(xiàn)小型化；

(3)一種高隔離多比特?zé)o芯片標(biāo)簽結(jié)構(gòu)，單個環(huán)形貼片編碼單元上分布鋸齒結(jié)構(gòu)增加了單元間的隔離度，從而使編碼間的區(qū)分度增加；

(4)一種高隔離多比特?zé)o芯片標(biāo)簽結(jié)構(gòu)，每個編碼位由各個不同周長(半徑)的環(huán)形貼片編碼單元單獨(dú)控制，改變環(huán)形貼片編碼單元周長(半徑)可改變諧振頻點(diǎn)位置，具有靈活性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種高隔離多比特?zé)o芯片標(biāo)簽結(jié)構(gòu)同側(cè)分布編碼單元的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2為本發(fā)明一種高隔離多比特?zé)o芯片標(biāo)簽結(jié)構(gòu)同側(cè)分布編碼單元的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖3為本發(fā)明一種高隔離多比特?zé)o芯片標(biāo)簽結(jié)構(gòu)異面分布編碼單元的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖4為本發(fā)明一種高隔離多比特?zé)o芯片標(biāo)簽結(jié)構(gòu)異面分布編碼單元的結(jié)構(gòu)背視圖；

圖5為本發(fā)明一種高隔離多比特?zé)o芯片標(biāo)簽結(jié)構(gòu)異面分布編碼單元的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖6為本發(fā)明環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)分布在同側(cè)時編碼為“11111111”傳輸系數(shù)曲線圖；

圖7為本發(fā)明環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)分布在同側(cè)時編碼為“11111111”相位曲線圖；

圖8為本發(fā)明環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)分布在異面時編碼為“1111111111111111”傳輸系數(shù)曲線圖；

圖9為本發(fā)明環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)分布在異面時編碼為“1111111111111111”相位曲線圖；

圖10為本發(fā)明環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)分布在異面時兩種編碼的傳輸系數(shù)對比圖；

圖11為本發(fā)明環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)分布在異面時兩種編碼的相位對比圖。

1-單側(cè)介質(zhì)板，2-10單側(cè)環(huán)形貼片編碼單元；29-雙側(cè)介質(zhì)板；11-19介質(zhì)板上層環(huán)形貼片編碼單元；20-28介質(zhì)板下層環(huán)形貼片編碼單元。

具體實(shí)施例

為使本發(fā)明的目的、設(shè)計方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明一種高隔離多比特?zé)o芯片標(biāo)簽結(jié)構(gòu)，包括環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)和介質(zhì)板；環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)的排布形式為在介質(zhì)板的同面或異面自由排布；也就是環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)可以只貼在介質(zhì)板的單面上，或者采用兩層環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)分別同時貼在介質(zhì)板的上下表面。

介質(zhì)板采用fr4板材；

所述環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)包括多個半徑不同的環(huán)形貼片編碼單元，在介質(zhì)板表面上，相鄰兩個環(huán)形貼片編碼單元之間的間距可以固定，或者根據(jù)實(shí)際需要的頻點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

當(dāng)環(huán)形貼片編碼單元同時分布于介質(zhì)板的上下表面時，下表面的每個環(huán)形貼片編碼單元的位置對應(yīng)在上表面的相鄰兩個環(huán)形貼片編碼單元之間的縫隙中。

每個環(huán)形貼片編碼單元分別對應(yīng)一個比特的編碼位，所有環(huán)形貼片編碼單元的中心點(diǎn)在同一個位置，按照相同的排列形式嵌套排列，每個環(huán)形貼片編碼單元的半徑不同，對應(yīng)于不同的工作頻帶和不同的諧振點(diǎn)位置，從而諧振頻點(diǎn)也不同，半徑(周長)越大，對應(yīng)的諧振頻點(diǎn)越低。

所有的環(huán)形貼片編碼單元互相平行設(shè)置，每個均包括規(guī)則金屬環(huán)和鋸齒結(jié)構(gòu)；金屬環(huán)的邊分別對應(yīng)平行于介質(zhì)板的邊，金屬環(huán)的寬度可以自行設(shè)定，相鄰兩個金屬環(huán)之間的間距自行設(shè)定，在金屬環(huán)的內(nèi)側(cè)邊上設(shè)定鋸齒結(jié)構(gòu)；各個鋸齒的尺寸可以相同或者不同，而且相鄰兩個鋸齒之間的間距不定，可以相同或者不同；鋸齒結(jié)構(gòu)對表面波進(jìn)行束縛，增大了環(huán)形貼片編碼單元之間的隔離度，使編碼更加清晰。

所述的環(huán)形貼片編碼單元形狀不具有局限性，為方形，矩形，十字形環(huán)或多邊形等多種不同形式；

鋸齒結(jié)構(gòu)形狀不具有局限性，為矩形、梯形或v形等多種不同形式。

通過控制各個環(huán)形貼片編碼單元的周長(半徑)變化，從而控制各個環(huán)形貼片編碼單元的諧振頻點(diǎn)位置；

針對環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)分布在高隔離多比特?zé)o芯片標(biāo)簽的一側(cè)，如圖1和圖2所示，介質(zhì)板1采用fr4，尺寸為22.8mm×22.8mm；環(huán)形貼片編碼單元2-10中，每個環(huán)形貼片編碼單元中金屬環(huán)的寬度為0.6mm，兩個金屬環(huán)之間的間距為0.3mm，且每個金屬環(huán)內(nèi)側(cè)均采用矩形槽設(shè)成鋸齒結(jié)構(gòu)，每個矩形槽的深度為0.3mm，寬度為0.6mm，相鄰兩個矩形槽的間距為0.6mm，矩形槽深度越深，對表面波的抑制作用越強(qiáng)。每個環(huán)形貼片編碼單元對應(yīng)著一個諧振點(diǎn)，諧振點(diǎn)的位置隨環(huán)形貼片編碼單元的半徑變化，半徑越大，則諧振頻點(diǎn)越低。

每個環(huán)形貼片編碼單元的金屬環(huán)都可以等效為電容和電感串聯(lián)的形式，不同大小的金屬環(huán)對應(yīng)不同的諧振點(diǎn)，金屬環(huán)半徑越大，諧振點(diǎn)越低；通過合理調(diào)節(jié)金屬環(huán)的大小可以有效控制每一個諧振點(diǎn)的位置。

每個環(huán)形貼片編碼單元對應(yīng)一個編碼，通過控制每個環(huán)形貼片編碼單元的存在和消失分別定義編碼為“1”或“0”；編碼為“11111111”的編碼單元分布在介質(zhì)板同一面時的傳輸系數(shù)與頻率之間的對應(yīng)關(guān)系圖，如圖6所示，隨著頻率的增加，在不同的頻點(diǎn)處產(chǎn)生八個傳輸系數(shù)對應(yīng)的波谷值，對應(yīng)于八個比特位；頻率范圍覆蓋了2.1ghz-7.1ghz；

編碼為“11111111”的編碼單元分布在介質(zhì)板同一面時的相位與頻率之間的對應(yīng)關(guān)系圖，如圖7所示，隨著頻率的增加，在不同的頻點(diǎn)處產(chǎn)生八個相位對應(yīng)的波谷值，對應(yīng)于八個比特位，相位體現(xiàn)了入射波通過標(biāo)簽后到達(dá)另一個接收端口時，波的相位變化。

針對環(huán)狀嵌套結(jié)構(gòu)分布在高隔離多比特?zé)o芯片標(biāo)簽的上下兩側(cè)，如圖3，圖4和圖5所示，介質(zhì)板29采用fr4，尺寸為29.6mm×29.6mm；介質(zhì)板上層的環(huán)形貼片編碼單元為11-19，下層環(huán)形貼片編碼單元為20-28；每個環(huán)形貼片編碼單元中金屬環(huán)的寬度為0.6mm，兩個金屬環(huán)之間的間距為0.6mm，且每個金屬環(huán)內(nèi)側(cè)均采用矩形槽設(shè)成鋸齒結(jié)構(gòu)，每個矩形槽的深度為0.3mm，寬度為0.6mm，相鄰兩個矩形槽的間距為0.6mm。

上下兩層的環(huán)形貼片編碼單元11-28所對應(yīng)半徑均不相同，且下層的環(huán)形貼片編碼單元20穿插在上層環(huán)形貼片編碼單元11和12之間；環(huán)形貼片編碼單元21穿插在上層環(huán)形貼片編碼單元12和13之間；環(huán)形貼片編碼單元22穿插在上層環(huán)形貼片編碼單元13和14之間；環(huán)形貼片編碼單元23穿插在上層環(huán)形貼片編碼單元14和15之間；環(huán)形貼片編碼單元24穿插在上層環(huán)形貼片編碼單元15和16之間；環(huán)形貼片編碼單元25穿插在上層環(huán)形貼片編碼單元16和17之間；環(huán)形貼片編碼單元26穿插在上層環(huán)形貼片編碼單元17和18之間；環(huán)形貼片編碼單元27穿插在上層環(huán)形貼片編碼單元18和19之間；環(huán)形貼片編碼單元28位于上層環(huán)形貼片編碼單元19內(nèi)部；介質(zhì)板29的上下兩層的鋸齒結(jié)構(gòu)分別對表面波進(jìn)行有效抑制，減小了相鄰環(huán)形貼片編碼單元之間的耦合，增大了隔離度，使編碼之間區(qū)分度增加。

在實(shí)施例中，編碼為“1111111111111111”的編碼單元分布在介質(zhì)板雙面時的傳輸系數(shù)與頻率之間的對應(yīng)關(guān)系圖，如圖8所示，隨著頻率的增加，會在不同的頻點(diǎn)處產(chǎn)生16個傳輸系數(shù)對應(yīng)的波谷值，對應(yīng)于16個比特位；頻率范圍覆蓋了1.5ghz到9ghz，平均每個編碼所占用的帶寬為469mhz，有效地提高了標(biāo)簽的編碼密度。

編碼為“1111111111111111”的編碼單元分布在介質(zhì)板雙面時的相位與頻率之間的對應(yīng)關(guān)系圖，仿真結(jié)果如圖9所示，隨著頻率的增加，會在不同的頻點(diǎn)處產(chǎn)生16個相位對應(yīng)的波谷值，對應(yīng)于16個比特位。

每個編碼單元對應(yīng)著一個比特位，當(dāng)編碼單元存在時，對應(yīng)的編碼位為“1”，當(dāng)不存在時，對應(yīng)的編碼位為“0”；去除部分編碼單元，分別只保留偶數(shù)位上的單元與奇數(shù)位上的單元所產(chǎn)生的傳輸系數(shù)與頻率之間的對應(yīng)關(guān)系，以編碼分別為“1010101010101010”和“0101010101010101”為例，如圖10所示，仿真的結(jié)果互相穿插排布，頻率對應(yīng)良好。

編碼為“0101010101010101”和“1010101010101010”的編碼單元相位與頻率之間對應(yīng)關(guān)系圖如圖11所示；兩個編碼的仿真結(jié)果穿插分布，頻率關(guān)系對應(yīng)良好；與介質(zhì)板上下表面的環(huán)形嵌套結(jié)構(gòu)同時存在時重合。