CN215987359U - 一种基于端口隔离技术的可重构rfid标签编码装置 - Google Patents
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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
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Z0i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wc'表示低通原型滤波器的归一化截止频率,值为1,Cc'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
Z0i=F(fi,wsi,εr,t,h)
Z0o=F(fo,wso,εr,t,h) (6)
其中Z0i、fi、wsi、li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;Z0o、wso表示微带传输线的特征阻抗和宽度;fo为中心工作频率;ΔW表示每个标签的相对带宽;εr、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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