本發(fā)明涉及射頻識別領域，特別涉及一種無芯標簽及一種雙圓極化無芯識別系統(tǒng)。

背景技術：

射頻識別(rfid)是一種非接觸式的自動識別通信技術，它通過無線信號識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)。1948年harrystockman奠定了rfid的理論基礎。二戰(zhàn)中飛機被貼上標簽以區(qū)分敵我，這種敵我身份辨別為認作rfid系統(tǒng)的前身。1987年挪威出現(xiàn)了世界上第一個商業(yè)化的用于電子收費的rfid系統(tǒng)。至今，rfid技術已廣泛應用于倉儲物流、制造、醫(yī)療、運輸、零售、身份識別等領域，并正成為物聯(lián)網的基石。

傳統(tǒng)射頻識別系統(tǒng)中的每一個商用標簽都含有芯片，因而成本較高。另一方面，條形碼雖然成本低，但僅工作于較短的視距范圍內，需按規(guī)則擺放，不易實現(xiàn)全自動識別。為了將射頻識別技術應用于更多的場合，無芯識別技術應運而生。在無芯識別系統(tǒng)中，每個標簽內都不含芯片，也不含電池。這種標簽由導電的無源結構組成，因而成本低、壽命長、加工簡單。無芯標簽有望實現(xiàn)與條形碼類似的低成本，并具有條形碼所不具備的功能，比如同時識別非視距范圍內的多個物體、實現(xiàn)全自動識別、隱藏于物體內以實現(xiàn)保密等。

目前處于研究階段的無芯識別系統(tǒng)尚不成熟，存在以下問題：(1)僅可識別少部分隨意放置的無芯標簽，不易實現(xiàn)全自動識別；(2)現(xiàn)有標簽的信息容量低；(3)現(xiàn)有標簽大多不能直接打印在紙張、布料、塑料等材料上。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明對無芯標簽的結構及其識別系統(tǒng)進行了改進，提出了一種無芯標簽及一種雙圓極化無芯識別系統(tǒng)。

本發(fā)明的一個方面，提出一種無芯標簽，由數(shù)圈導電結構組成，在最內圈導電結構的內側再增加一圈導電結構，所述增加的導電結構僅在工作頻帶外有諧振點。其中，所述導電結構通過導電油墨打印而成，或采用其它材料工藝加工而成。

本發(fā)明的一個方面，提出一種無芯標簽讀取裝置，所述讀卡器是電磁波信號的輻射及接收單元，包括發(fā)射及接收電路，還包括一對收發(fā)天線，分別是正交極化的左旋圓極化天線及右旋圓極化天線。

本發(fā)明的另一個方面，提出一種無芯識別系統(tǒng)，包括讀卡器及一個或多個無芯標簽，所述讀卡器是電磁波信號的輻射及接收單元，包括發(fā)射及接收電路，還包括一對收發(fā)天線，分別是正交極化的左旋圓極化天線及右旋圓極化天線。

該系統(tǒng)可達到如下有益效果：(1)識別任意放置的無芯標簽；(2)提高無芯標簽的信息容量；(3)增加讀卡器的收發(fā)隔離度；(4)實現(xiàn)可打印的無芯標簽；(5)可以監(jiān)控環(huán)境溫度、濕度等。

附圖說明

圖1是雙圓極化無芯識別系統(tǒng)的示意圖

圖2是一種采用共享交錯輻射單元實現(xiàn)的雙圓極化陣列天線

圖3是一種基于高阻抗表面結構的雙圓極化收發(fā)天線

圖4是圖2及圖3所示的兩種圓極化陣列天線的隔離度

圖5是一種無芯標簽

圖6是無芯標簽引入啞元前后的雷達散射界面

圖7是一種由多個陣列組成的無芯標簽

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的雙圓極化無芯識別系統(tǒng)的示意圖。該系統(tǒng)包含一對以正交極化配置的圓極化天線，還包括一個或多個無芯標簽。該一對雙圓極化天線包括發(fā)射天線和接收天線兩根天線，兩者采用正交的圓極化方式，二者等波面與無芯標簽平行，這樣發(fā)射天線的左旋圓極化波探測無芯標簽的諧振頻率點，因而無芯標簽可以在當前平面內任意旋轉。無芯標簽上不同長度的諧振環(huán)受到發(fā)射天線的平面波激勵后會產生不同頻率的諧振，對應頻點有無諧振則對應著二進制的“1”和“0”，從而能夠調制信息。由于諧振環(huán)的偶次諧波不存在，奇次諧波很小并且頻點在帶外。因此，反射后的右旋平面波進入到與發(fā)射天線同側的接收天線內，可根據(jù)諧振樣式檢測出標簽攜帶的信息。由于天線改用圓極化天線，因此可以識別隨意放置的、非視距范圍內的標簽。另外，由于收發(fā)天線的電磁波采用正交極化方式，因此可以提高收發(fā)天線的隔離度。

為了提高無芯識別系統(tǒng)的靈敏度，可采用雙圓極化陣列天線。在一個實施方式中，本發(fā)明提出一種共享的交錯輻射單元以實現(xiàn)雙圓極化陣列天線。如圖2所示，在該陣列天線中，包括多個左旋圓極化天線21、多個微帶貼片22及多個右旋圓極化天線23。其中每個左/右旋圓極化天線是一個2x2子陣列，左、右旋圓極化天線交織排列，且相鄰左/右旋圓極化天線共享相鄰的微帶貼片。每個2x2子陣列由位于四周的天線及位于中心的饋電結構組成，相鄰左旋圓極化天線間或相鄰右旋圓極化天線間的饋電結構相差90度角。

這種結構的優(yōu)點在于：(1)2x2的左、右旋圓極化子陣列交織排列，并共享相鄰的微帶貼片，以減小子陣之間的單元間距從而避免柵瓣的出現(xiàn)；(2)左、右旋天線陣列共享微帶貼片，微帶輻射單元數(shù)目可從傳統(tǒng)的4n減小到2n+2(n是2x2子陣數(shù)目)，因此整體結構更緊湊；(3)饋電結構采用了連續(xù)旋轉結構，以實現(xiàn)寬帶阻抗匹配和軸比帶寬；(4)整個結構可以采用兩層介質板實現(xiàn)，易于集成。

圖2所示的這一結構中所有的輻射單元串聯(lián)在一起，且左、右旋圓極化饋電部分交錯排列，因此兩種圓極化之間的隔離度較低。為解決該隔離度問題，本發(fā)明進一步提出圖3所示的基于高阻表面結構的雙圓極化天線陣列。在該實施方式中，將左旋圓極化天線陣31同右旋圓極化天線陣33分開，同時在中間加入高阻抗表面結構32進一步增加隔離度。高阻抗表面也被稱為是電磁帶隙(ebg)結構或左手材料，由周期性的蘑菇結構組成。在諧振點，高阻抗結構的表面阻抗將變得無窮大，正切磁場非常小，所以近似為理想磁導體，在該點產生0°的相位，即對入射波產生同相反射。高阻抗表面同時具有抑制表面波傳播的能力，因此它可減小左、右旋圓極化陣列之間的互耦。圖4對比值表明，雙圓極化天線的隔離度可由圖2結構的10db增加至圖3結構中的50db。

通常無芯標簽由一組方形導體環(huán)構成，最外圍的方形環(huán)在入射電磁波的照射下，產生一個諧振頻點，該頻點位于工作頻帶的最低端。相應地，其它相鄰的方形環(huán)依次對應更高的諧振頻點，其中，第八條環(huán)對應工作頻帶內最高的頻點。因此通常無芯標簽的方形環(huán)可攜帶8比特信息，增加方形環(huán)的環(huán)數(shù)可相應地增加比特信息數(shù)。而如圖5所示，本發(fā)明提出在方形環(huán)的最內側再增加一個啞元，即第九條方形環(huán)。該啞元僅在工作頻帶外有諧振點，因而并不攜帶有用信息，僅起耦合作用。圖6所示結果表明，該啞元將諧振環(huán)的諧振頻點限制在工作頻帶范圍之內。

當然方形環(huán)也可以是三角形、圓形、橢圓形等不同結構及其組合。標簽的上述導電結構的材質可以是包含石墨烯在內的導電油墨。該標簽的基板是包含紙張、布料、塑料等在內的介質材料。該無芯標簽可采用對環(huán)境溫度及濕度等敏感的材料，以用于監(jiān)測環(huán)境溫度及濕度變化；該無芯標簽也可置于待檢測物體內部，以用于保密場合。

本發(fā)明的無芯標簽還可以組合為陣列的方式，如圖7所示。當需要提高無芯標簽的可讀距離時，可以將多個含有相同信息的無芯標簽進行陣列排列。而當需要提供無芯標簽的信息容量時，可以將多個含有不同信息的無芯標簽進行陣列排列。當然也可以將無芯標簽陣列劃分為若干組，每組無芯標簽含有相同的信息，不同組間無芯標簽含有的信息不同，這樣可以兼顧可讀距離和信息容量。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。