專利名稱：一種基于多諧振偶極子天線的無(wú)芯片特高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻識(shí)別領(lǐng)域，特別是一種可用于特高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)的無(wú)芯片標(biāo)簽。
背景技術(shù)：
標(biāo)簽是射頻識(shí)別系統(tǒng)中用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息的載體，并與閱讀器之間實(shí)現(xiàn)通信。射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合進(jìn)行雙向信息傳輸?shù)淖詣?dòng)識(shí)別技術(shù)。它是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射頻信號(hào)能夠自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象來(lái)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作不需要人工干預(yù)，具有防磁、防水、耐高溫、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量大等優(yōu)點(diǎn)，能夠廣 泛應(yīng)用于例如不停車收費(fèi)系統(tǒng)、火車運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、商品物流管理、流水線制造自動(dòng)化、門(mén)禁安全管理、畜牧管理等要收集和處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域。但是，相對(duì)于條形碼等技術(shù)，射頻識(shí)別標(biāo)簽和閱讀設(shè)備的價(jià)格過(guò)高。而價(jià)格與規(guī)模是矛盾的，生產(chǎn)商希望通過(guò)擴(kuò)大規(guī)模以降低成本，而更多的用戶則在等價(jià)格降低后再使用。雖然業(yè)界普遍對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)的前景看好，但真正實(shí)際投入運(yùn)行的系統(tǒng)卻不多。其中標(biāo)簽的成本是限制射頻識(shí)別技術(shù)商業(yè)應(yīng)用能否取得成功的關(guān)鍵。雖然大量的研究工作使芯片射頻識(shí)別標(biāo)簽的成本有所降低，但是普通的芯片射頻識(shí)別標(biāo)簽主要由IC芯片、天線和封裝等幾部分構(gòu)成，由于芯片的存在，它的成本還是無(wú)法跟條形碼相競(jìng)爭(zhēng)。無(wú)芯片射頻識(shí)別標(biāo)簽的出現(xiàn)，使標(biāo)簽的批量生產(chǎn)和進(jìn)一步降低價(jià)格成為可能。本發(fā)明對(duì)特高頻無(wú)芯片射頻識(shí)別標(biāo)簽的研究和設(shè)計(jì)即是基于這一研究背景。目前國(guó)外已有研究者利用微帶天線的反向散射信號(hào)進(jìn)行相位編碼，使得反射回去的信號(hào)帶有不同的相位特性，以及使用諧振電路創(chuàng)建頻譜，每一個(gè)標(biāo)簽擁有唯一的頻譜特性也就意味著有唯一的 ID,如文獻(xiàn) I. “Phase-Encoded Chipless RFID Transponderfor Large-Scale Low-Cost Applications，， IEEE Microwave and Wireless ComponentsLetters, Vol. 19, No. 8, August 2009, pp:509-511 ；文獻(xiàn) 2. “A Novel ChiplessRFID System Based on Planar Multiresonators for Barcode Replacement . ” IEEEInternational Conference on RFID The Venetian, Las Vegas, Nevada, USA, April16-17，2008, pp: 289 - 296.;上述文獻(xiàn)I的設(shè)計(jì)采用三個(gè)正方形的微帶貼片天線構(gòu)成，每個(gè)貼片單元都加載了開(kāi)路微帶傳輸線，三個(gè)天線單元受各自的諧振頻率波激勵(lì)，每個(gè)標(biāo)簽根據(jù)反向散射信號(hào)不同的相位特性，可設(shè)計(jì)成一個(gè)唯一不可變的ID。上述文獻(xiàn)2的設(shè)計(jì)采用一個(gè)接收天線，多阻帶濾波器和一個(gè)發(fā)送天線串聯(lián)結(jié)構(gòu)。閱讀器發(fā)射機(jī)發(fā)出一個(gè)多頻信號(hào)至標(biāo)簽，無(wú)芯片標(biāo)簽中的多阻帶濾波器把特定頻率的信號(hào)變?nèi)酰瑥亩鴦?chuàng)建了頻譜，每一個(gè)標(biāo)簽擁有唯一的頻譜特性也就意味著有唯一的ID。文獻(xiàn)2介紹的無(wú)芯片射頻識(shí)別標(biāo)簽是利用訪問(wèn)信號(hào)通過(guò)一系列窄帶帶阻濾波器創(chuàng)建了頻譜，并且反向散射信號(hào)與訪問(wèn)信號(hào)正交極化，提高了系統(tǒng)的魯棒性。然而每個(gè)諧振頻率都由一個(gè)帶阻濾波器創(chuàng)建，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且意味著標(biāo)簽的大小隨著編碼位數(shù)的增加而顯著增加。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于多諧振偶極子天線的無(wú)芯片特高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為一種基于多諧振偶極子天線的無(wú)芯片特高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽，它包括圓盤(pán)單極子天線、介質(zhì)板、地平面、第一多諧振偶極子天線和第二多諧振偶極子天線，第一多諧振偶極子天線和第二多諧振偶極子天線兩臂對(duì)稱地印制在介質(zhì)板上下表面，圓盤(pán)單極子天線和第一多諧振偶極子天線蝕刻在介質(zhì)板上表面，構(gòu)成上表面輻射貼片，介質(zhì)板的下表面蝕刻地平面和第二多諧振偶極子天線；在地平面的第二多諧振偶極子天線振臂由地平面的延長(zhǎng)線饋電，介質(zhì)板上表面的第一多諧振偶極子天線振臂由雙面平衡帶線饋電。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)首先，采用多諧振偶極子天線取代了多阻帶螺旋濾波器和發(fā)送天線，使得標(biāo)簽簡(jiǎn)化到只有兩個(gè)天線的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無(wú)芯片射頻識(shí)別標(biāo)簽的小型化；其次，接收天線和發(fā)送天線極化方向正交，極化分集隔離了收發(fā)信號(hào)，最大 地降低了訪問(wèn)信號(hào)和反射編碼信號(hào)之間的干擾；最后，信號(hào)層偶極子天線由雙面平行帶線進(jìn)行饋電，便于可實(shí)現(xiàn)寬頻帶過(guò)渡。通過(guò)調(diào)整偶極子的振臂，創(chuàng)建標(biāo)簽反向散射信號(hào)唯一的頻譜，實(shí)現(xiàn)編碼，在每個(gè)諧振頻率點(diǎn)有5dB的增益。

圖I為基于多諧振偶極子天線的無(wú)芯片射頻識(shí)別標(biāo)簽的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為介質(zhì)板上表面輻射貼片平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為介質(zhì)板下表面地平面平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型在文獻(xiàn)2概念的基礎(chǔ)上，用一個(gè)多諧振偶極子天線取代了多阻帶螺旋濾波器和發(fā)送天線，它可以取代這兩個(gè)結(jié)構(gòu)的作用，該標(biāo)簽同樣達(dá)到編碼6bit數(shù)據(jù)的目的。多諧振偶極子天線作為該無(wú)芯片射頻識(shí)別標(biāo)簽中的編碼元件起到重要的作用。它在每個(gè)諧振頻率點(diǎn)增益可以超過(guò)5dB，而且有很好的全向輻射特性。這兩個(gè)天線極化方向正交，同樣極化分集隔離了收發(fā)信號(hào)。移去工作在特定諧振頻率的偶極子振臂，即移去了反向散射信號(hào)在該諧振頻率點(diǎn)的波峰，反向散射信號(hào)從而創(chuàng)建了唯一的頻譜。閱讀器發(fā)射一個(gè)多頻的訪問(wèn)信號(hào)至標(biāo)簽，接收機(jī)可以通過(guò)分析標(biāo)簽反向散射信號(hào)的正交極化部分來(lái)獲得頻
-i'TfeP曰。一種基于多諧振偶極子天線的無(wú)芯片特高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽，它包括圓盤(pán)單極子天線I、介質(zhì)板2、地平面3、第一多諧振偶極子天線4和第二多諧振偶極子天線5，第一多諧振偶極子天線4和第二多諧振偶極子天線5兩臂對(duì)稱地印制在介質(zhì)板2上下表面，圓盤(pán)單極子天線I和第一多諧振偶極子天線4蝕刻在介質(zhì)板[2]上表面，構(gòu)成上表面輻射貼片，介質(zhì)板2的下表面蝕刻地平面3和第二多諧振偶極子天線5 ;在地平面3的第二多諧振偶極子天線5振臂由地平面3的延長(zhǎng)線饋電，介質(zhì)板2上表面的第一多諧振偶極子天線4振臂由雙面平衡帶線饋電。本實(shí)用新型基于多諧振偶極子天線的無(wú)芯片特高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽，圓盤(pán)單極子天線I、第一多諧振偶極子天線4和第二多諧振偶極子天線5在饋線端口相連。本實(shí)用新型基于多諧振偶極子天線的無(wú)芯片特高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽，圓盤(pán)單極子天線I、第一多諧振偶極子天線4和第二多諧振偶極子天線5極化方向正交。本實(shí)用新型基于多諧振偶極子天線的無(wú)芯片特高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽，饋電結(jié)構(gòu)采用雙面平衡帶線饋電。本實(shí)用新型基于多諧振偶極子天線的無(wú)芯片特高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽有六個(gè)不同長(zhǎng)度的振臂。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。參見(jiàn)圖1，根據(jù)本實(shí)用新型制作的無(wú)芯片射頻識(shí)別標(biāo)簽，它是由一個(gè)圓盤(pán)單極子天線和多諧振偶極子天線構(gòu)成。 第一步；圓盤(pán)單極子天線的設(shè)計(jì)；根據(jù)工作頻段3GHz-6GHz，采用介電常數(shù)為
2.55，損耗角正切為O. 0019，厚度為O. 787mm的Taconic TLX材料，Lmon和Wmon分別表示介質(zhì)板的長(zhǎng)和寬，介質(zhì)板的上表面的輻射貼片由特性阻抗50 Ω微帶饋線連接半徑為Rad的圓盤(pán)組成。介質(zhì)板的下表面為地平面,地板的寬度和介質(zhì)板寬度一致,長(zhǎng)度為L(zhǎng)gnd，只覆蓋了微帶饋線部分。Gap是微帶饋線和圓盤(pán)的連接點(diǎn)離地板上端的距離。圓盤(pán)單極子的尺寸為 Lmon = 36mm, Wmon = 20mm, Lgnd = 20mm, Gap = 1mm, Rad = 7mm, Wmsl = 2. 2mm。第二步；多諧振偶極子天線的設(shè)計(jì)；根據(jù)在頻段3GHz飛GHz達(dá)到多個(gè)諧振點(diǎn)，同樣采用介電常數(shù)為2. 55，損耗角正切為O. 0019，厚度為O. 787mm的Taconic TLX材料。在介質(zhì)板的上表面由六個(gè)偶極子振臂連接50 Ω的雙面平行帶線饋線，并完成雙面平行帶線與微帶線之間的過(guò)渡。在介質(zhì)板的下表面由地平面通過(guò)雙面平行帶線連接偶極子振臂，并與上表面偶極子振臂左右對(duì)稱。每對(duì)偶極子長(zhǎng)度不同，接近半個(gè)波長(zhǎng)，所以每對(duì)偶極子在各自的諧振頻率產(chǎn)生諧振并在回波損耗點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)峰值，偶極子振臂的寬度設(shè)為Ya = O. 2mm ,各振臂之間的間隙設(shè)為gap = 0.25mm。多諧振偶極子天線的尺寸為L(zhǎng)dip = 34mm, Wdip =24謹(jǐn)，Wdsp = 2. 84mm, Lfeed = 11謹(jǐn)，Ga = 10mnin在地平面，雙面平行帶線連接匹配多邊形尺寸為 Wmon = 20mm, Gh1 =4mm, Gh2=4mm。第三步；在介質(zhì)板上表面將圓盤(pán)單極子天線和多諧振偶極子天線振臂在微帶線和雙面平行帶線饋線端口相連，地平面的多諧振偶極子天線振臂和地平面相連，由地板的延長(zhǎng)線饋電，最終構(gòu)成無(wú)芯片射頻識(shí)別標(biāo)簽。
權(quán)利要求1.一種基于多諧振偶極子天線的無(wú)芯片特高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽，它包括圓盤(pán)單極子天線(1)、介質(zhì)板(2)、地平面(3)、第一多諧振偶極子天線(4)和第二多諧振偶極子天線(5)，其特征在于第一多諧振偶極子天線(4)、第二多諧振偶極子天線(5)兩臂對(duì)稱地印制在介質(zhì)板(2)上表面和下表面，圓盤(pán)單極子天線(I)和第一多諧振偶極子天線(4)蝕刻在介質(zhì)板(2)上表面，構(gòu)成上表面輻射貼片，介質(zhì)板(2)的下表面蝕刻地平面(3)和第二多諧振偶極子天線(5);在地平面(3)的第二多諧振偶極子天線(5)振臂由地平面(3)的延長(zhǎng)線饋電，介質(zhì)板(2)上表面的第一多諧振偶極子天線(4)振臂由雙面平衡帶線饋電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多諧振偶極子天線的無(wú)芯片特高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽，其特征在于圓盤(pán)單極子天線(I)、第一多諧振偶極子天線(4)和第二多諧振偶極子天線(5)在饋線端口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多諧振偶極子天線的無(wú)芯片特高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽，其特征在于圓盤(pán)單極子天線(I)、第一多諧振偶極子天線(4)和第二多諧振偶極子天線(5)極·化方向正交。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于多諧振偶極子天線的無(wú)芯片特高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽，包括圓盤(pán)單極子天線、介質(zhì)板、地平面、第一多諧振偶極子天線和第二多諧振偶極子天線，第一多諧振偶極子天線和第二多諧振偶極子天線兩臂對(duì)稱地印制在介質(zhì)板上下表面，圓盤(pán)單極子天線和第一多諧振偶極子天線蝕刻在介質(zhì)板上表面，構(gòu)成上表面輻射貼片，介質(zhì)板的下表面蝕刻地平面和第二多諧振偶極子天線；在地平面的第二多諧振偶極子天線振臂由地平面的延長(zhǎng)線饋電，介質(zhì)板上表面的第一多諧振偶極子天線振臂由雙面平衡帶線饋電。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了無(wú)芯片射頻識(shí)別標(biāo)簽的小型化，降低了訪問(wèn)信號(hào)和反射編碼信號(hào)之間的干擾。
文檔編號(hào)H01Q1/22GK202650044SQ20112045706
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者丁大志, 陳如山, 楊素素, 樊振宏, 沙侃, 盛亦軍, 王貴, 葉曉東 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)