CN215987359U - 一种基于端口隔离技术的可重构rfid标签编码装置 - Google Patents

Abstract

一种基于端口隔离技术的可重构RFID标签编码装置，用于物联网***中对物品进行无源编码，包括金属接地板、单层介质基板、终端开路微带线、微带传输线；所述金属接地板位于单层介质基板下方；所述微带传输线、终端开路微带线位于单层介质基板上方，两者构成了电子标签的天线；所述微带传输线构成了四端口传输网络，包括四个长条形的独立传输线和一个正方形的共用传输线；四端口传输网络的每一个端口分别占用一条独立传输线，对应形成一个端口微带结构。通过标签编码的可重构，单一无芯片RFID标签可以实现多种编码，大大降低了无芯片RFID的制作成本，四端口网络具有很好的隔离效果，增强了电子标签的抗干扰能力。

Description

一种基于端口隔离技术的可重构RFID标签编码装置

技术领域

本实用新型属于微波技术领域，涉及无芯片射频识别(RFID)领域。

背景技术

射频识别技术(RFID)是目前大量应用在商业领域的一种自动识别技术。该技术***主要由用于数字编码的电子标签和用于提取编码数据的阅读器组成，当电子标签进入有效工作区后，其中的天线被阅读器发射的能量或其他激励激活，将电子标签的反射信号发送给阅读器再到计算机完成信息处理，从而实现物体目标的识别。对于不同的场合，需要使用特定的射频设备***。RFID读取距离较长，无须人工干预，具有较强穿透性和抗干扰能力。RFID技术目前广泛使用在军事、物流、交通、资产管理等领域，且电子标签体积越来越小型化，数据交换速度越来越快。但是有芯片RFID标签因为其内部使用的硅芯片，使得生产和应用成本高，不利于其大范围的推行。而无芯片RFID由于其制作成本偏低，从而适合批量生产，所以对无芯片RFID的研究成为当前的研究热点。

无芯片RFID是目前一种前景广泛的RFID技术，无芯片RFID标签是指不含有硅芯片的射频识别标签，一般基于普通的印刷电路技术，可以被直接印刷在物体衬底上，制作方便快捷，结构简单易懂。无芯片RFID 技术的出现极大削减了生产成本，且将不断填补传统RFID技术的一些局限和短处，促进物联网技术的进步。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可重构的无芯片RFID标签编码装置，利用四端口网络的端口隔离特性，将工作频率划分成N个编码带宽，通过检测不同端口之间的工作频率，可以获得不同的编码结果，以达到单一无芯片RFID标签实现多种编码的目的。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于端口隔离技术的可重构RFID标签编码装置，其特征在于，用于物联网***中对物品进行无源编码，包括金属接地板(1)、单层介质基板(2)、终端开路微带线(3-1至3-8)、微带传输线；

所述金属接地板(1)位于单层介质基板(2)下方，形成金属屏蔽层；

所述微带传输线、终端开路微带线(3-1至3-8)位于单层介质基板(2)上方，两者构成了电子标签的天线；

所述微带传输线构成了四端口传输网络，包括四个长条形的独立传输线(4-1至4-4)和一个正方形的共用传输线(4-0)；四端口传输网络的每一个端口分别占用一条独立传输线，对应形成一个端口微带结构：端口1对应传输线4-1，端口2对应传输线4-2，端口3对应传输线4-3，端口4对应传输线4-4；上述任意两端口的传输性能不受到其他端口微带结构的影响，形成端口隔离；

所述终端开路微带线(3-1至3-8)分布在微带传输线(4-0至4-4)的四个端口所占用的独立传输线(4-1 至4-4)上；

每个终端开路微带线对应一个单元编码器，多个终端开路微带线(3-1至3-8)共同构成无芯片RFID标签的编码结构；编码结构可以等效为多频带带阻滤波器，其中每个单元的电容和电感可由本领域已知的滤波器参数表确定，从而通过滤波器参数计算出终端开路微带线的尺寸进行量化；通过控制每两个单元编码器之间的距离，可以提高标签的阻抗匹配度，从而提高标签的性能。

两个端口之间的微带传输线组合共同决定RFID的编码信息。

机制：

通过改变终端开路微带线(3-1至3-8)的长度(l1-l8)改变其电长度(其电长度的变化规律遵循四分之一波长带阻滤波器原理)从而量化终端开路微带线(3-1至3-8)的长度(l1-l8)以改变单元编码器的谐振点；

将工作频率划分为N个编码带宽，单元编码器的谐振点与编码带宽的中心频率对应。通过设置对应编码带宽内单元编码器的有无以实现“0”或“1”的离散化编码。本实用新型以N＝8作为实施例。

每个端口终端开路微带线个数可变。本实用新型以每个端口有2个终端开路微带线作为实施例。

对于一个独立的可重构RFID标签编码装置，电子标签是由多个单元编码器构成的，检测信号由四端口网络的其中一个端口进入，另外一个端口输出，分布在两个端口上的单元编码器就会使得特定频率的信号产生衰减，而分布在其他两个端口上的单元编码器则不会受到检测信号的影响，从而使整个传输网络形成了端口隔离，通过不同的端口组合，可以得到不同的编码结果，以实现标签编码的可重构。

有益效果

通过标签编码的可重构，单一无芯片RFID标签可以实现多种编码，大大降低了无芯片RFID的制作成本，标签以顺时针旋转方式分布在微带传输线上，使结构紧凑，达到小型化的目的，四端口网络具有很好的隔离效果，增强了电子标签的抗干扰能力。

附图说明

图1是一种基于端口隔离技术的可重构RFID标签编码装置整体示意图

图2是本实用新型的编码单元的组合示意图

图3是一种基于端口隔离技术的可重构RFID标签编码装置侧面示意图

图4是一种基于端口隔离技术的可重构RFID标签编码装置正面示意图

图5是可重构RFID标签编码装置的S12参数仿真结果图

图6是可重构RFID标签编码装置的S13参数仿真结果图

图7是可重构RFID标签编码装置的S14参数仿真结果图

图8是可重构RFID标签编码装置的S23参数仿真结果图

图9是可重构RFID标签编码装置的S24参数仿真结果图

图10是可重构RFID标签编码装置的S34参数仿真结果图

以上S参数均为传输系数。

数字标记：

1、金属接地板

2、单层介质基板

3-1至3-8、终端开路微带线，即编码单元

4-0至4-4、微带传输线

具体实施方式

如图1所示是一种基于端口隔离技术的可重构RFID标签编码装置整体示意图，其构成结构为金属接地板(1)、单层介质基板(2)、终端开路微带线(3-1至3-8)微带传输线(4-0至4-4)。金属接地板在最下层，中间为单层介质基板(2)，对介质基板进行蚀刻后形成终端开路微带线(3-1至3-8)和微带传输线(4-0至 4-4)。对微带传输线4个端口(端口1至端口4)添加激励，对终端开路微带线(3-1至3-8)设置编码单元组合。

本实用新型涉及的终端开路微带线(3-1至3-8)理论由以下内容可获得。本实用新型涉及的陷波电路属于一阶原型电路，使用了基于串联LC谐振单元的电路，变换后电路元件如式(1)所示

其中下角标c表示低通截止。根据微带线理论，在ω0处具有λ/4长度的终端开路微带线可以看作是 RLC谐振电路[微波技术基础]，其电路元件大小如式(2)所示。

其中Z_0i是终端开路微带线的特性阻抗，α是衰减系数，li是终端开路微带线的长度。建立终端开路微带线的特性阻抗与传输线的特性阻抗之间的关系，易得式(3)，其中w_c'表示低通原型滤波器的归一化截止频率，值为1，C_c'R₀/R₀'＝gi/Z0o，Z0o为传输线的特性阻抗。

巴特沃斯滤波器元器件值如式(5)，本文所设计电路n＝1。

联立式(3)、式(4)、式(5)可得到本文所设计的无芯片RFID标签微带陷波电路的模型，如下

Z_0i＝F(f_i，w_si，ε_r，t，h)

Z_0o＝F(f_o，w_so，ε_r，t，h) (6)

其中Z_0i、f_i、w_si、l_i分别表示第i个终端开路微带线的特征阻抗、工作频率、宽度、长度；Z_0o、w_so表示微带传输线的特征阻抗和宽度；f_o为中心工作频率；ΔW表示每个标签的相对带宽；ε_r、t、h为介质板介电常数、敷铜厚度、介质板厚度，函数F用于通过材料和物理参数求解特征阻抗。

实验验证

下面结合附图2对本实用新型的编码单元组合进行说明，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，基于本实用新型的实施例，在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。如图2所示是本实用新型采用的8个编码单元的组合示意图。分别将8个编码单元按照电长度进行交叉组合蚀刻并连接在微带传输线(4-1至4-4)上，(3-1)与(3-5)组合，(3-2)与(3-6) 组合，(3-3)与(3-7)组合，(3-4)与(3-8)组合。交叉组合的原因如下，由于相邻电长度的编码单元形成的谐振点相邻，在识别时容易造成读取误差，采用间隔性组合方式，可均匀分布编码带宽，减少两个间隔较近频率之间的耦合现象，降低误识别率。

作为实施例，所述单层介质板(2)，其介质基板材料为RT5870，相对介电常数为2.33，厚度为0.785 毫米，损耗正切比为0.0012。

图4是一种基于端口隔离技术的可重构RFID标签编码装置正面示意图。本实施例中，将交叉组合的编码单元对以顺时针的方式垂直蚀刻在微带传输线上，形成4对编码单元组，每个编码单元间隔距离为 10.50毫米，传输线宽度为4毫米，每个编码单元宽度为1毫米。本实用新型中可以通过改变终端开路微带线电长度(l1-l8)来获得更多的编码容量，通过设置对应谐振位置的编码单元的是否蚀刻实现“0”或“1”的编码，本实施例中，蚀刻编码单元处谐振点编码为“1”，不蚀刻编码单元处谐振点编码为“0”。

表一给出了图4中所示结构的物理参数

参数	l<sub>1</sub>	l<sub>2</sub>	l<sub>3</sub>	l<sub>4</sub>	l<sub>5</sub>	l<sub>6</sub>	l<sub>7</sub>	l<sub>8</sub>	d	w	g
												值(mm)	13.1	14.3	15.8	16.9	19.4	21.8	24.7	28	10.50	4.00	1.00

图5是可重构RFID标签编码装置的S12参数仿真结果图。如图所示是通过连接端口1和端口2得到的本实施例S12参数结果。当连接端口1和端口2后，将电流馈入该两端口，使电流主要集中在微带传输线(4-1、4-0、4-2)上，作用于编码单元(3-1、3-5、3-6、3-2)上，该端口隔离技术可以使其他编码单元不受影响。需要说明的是，本实施案例中进行频带划分时，如果给定的频带过窄，容易使得标签之间的频带耦合严重，检测信息出现误码，导致***的可靠性下降，如果划分的频带过宽，会浪费频带资源，因此预先给定的无芯片RFID的工作带宽为1.8GHz-3.9GHz，将工作频段均匀划分后，可得8位编码，对应频点分别为1.8GHz、2.1GHz、2.4GHz、2.7GHz、3GHz、3.3GHz、3.6GHz、3.9GHz。如图5所示的产生谐振点的编码单元为(3-1、3-5、3-6、3-2)，对应的谐振频率分别为2.39GHz,2.72GHz,3.70GHz 和4.06GHz，编码设置为00110011。

同理，图6是连接端口1、3所得可重构RFID标签编码装置的S13参数仿真结果图，编码设置为 01100110。

图7是连接端口1、4所得可重构RFID标签编码装置的S14参数仿真结果图，编码设置为10101010。

图8是连接端口2、3所得可重构RFID标签编码装置的S23参数仿真结果图，编码设置为01010101。

图9是连接端口2、4所得可重构RFID标签编码装置的S24参数仿真结果图，编码设置为10011001。

图10是连接端口3、4所得可重构RFID标签编码装置的S34参数仿真结果图，编码设置为11001100。

传统的编码装置一旦制作出来后便固定了结构，不能再改变编码方式，一个RFID对应一种编码方式。为了得到8位的编码组合，需要有2⁸个电子标签。而在本实施例中，一个电子标签可以得到6种编码组合方式(本实施例中分别对应图5-图10：S12、S13、S14、S23、S24、S34)，所以只需要设计2⁸/6种电子标签就可以得到8位的编码组合。这大大增加了编码密度，降低了无芯片RFID的制作成本，且具有很好的隔离效果，大大增强了电子标签的抗干扰能力。

以上所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，基于本实用新型的实施例，在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。本实用新型中可以扩展为通过改变终端开路微带线电长度(l1-l8)来获得更多的编码容量，通过设置对应谐振位置的编码单元的是否蚀刻实现“0”或“1”的编码。

Claims (3)

1.一种基于端口隔离技术的可重构RFID标签编码装置，其特征在于，用于物联网***中对物品进行无源编码，包括金属接地板(1)、单层介质基板(2)、终端开路微带线(3-1至3-8)、微带传输线；

所述金属接地板(1)位于单层介质基板(2)下方，形成金属屏蔽层；

所述微带传输线、终端开路微带线(3-1至3-8)位于单层介质基板(2)上方，两者构成了电子标签的天线；

所述微带传输线构成了四端口传输网络，包括四个长条形的独立传输线(4-1至4-4)和一个正方形的共用传输线(4-0)；四端口传输网络的每一个端口分别对应一条独立传输线，形成一个端口微带结构；上述任意两端口的传输性能不受到其他端口微带结构的影响，形成端口隔离；

所述终端开路微带线(3-1至3-8)分布在微带传输线(4-0至4-4)的四个端口所占用的独立传输线(4-1至4-4)上；

每个终端开路微带线对应一个单元编码器，多个终端开路微带线(3-1至3-8)共同构成无芯片RFID标签的编码结构；

两个端口之间的微带传输线组合共同决定RFID的编码信息。

2.如权利要求1所述的一种基于端口隔离技术的可重构RFID标签编码装置，特征是，所述终端开路微带线的长度可变。

3.如权利要求1所述的一种基于端口隔离技术的可重构RFID标签编码装置，特征是，每个端口上的终端开路微带线个数可变。

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