一种基于端口隔离技术的可重构RFID标签编码装置

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
1.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：

2.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。该技术系统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系统。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。
3.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。


技术实现要素：

4.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。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一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，用于物联网系统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；
7.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；
8.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；
9.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；
10.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；
11.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。
12.两个端口之间的微带传输线组合共同决定rfid的编码信息。
13.机制：
14.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；
15.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。
16.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。
17.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。
18.有益效果
19.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
20.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
21.图2是本实用新型的编码单元的组合示意图
22.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
23.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
24.图5是可重构rfid标签编码装置的s12参数仿真结果图
25.图6是可重构rfid标签编码装置的s13参数仿真结果图
26.图7是可重构rfid标签编码装置的s14参数仿真结果图
27.图8是可重构rfid标签编码装置的s23参数仿真结果图
28.图9是可重构rfid标签编码装置的s24参数仿真结果图
29.图10是可重构rfid标签编码装置的s34参数仿真结果图
30.以上s参数均为传输系数。
31.数字标记：
32.1、金属接地板
33.2、单层介质基板
34.3-1至3-8、终端开路微带线，即编码单元
35.4-0至4-4、微带传输线
具体实施方式
36.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。
37.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
[0038][0039][0040]
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。
[0041][0042]
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。
[0043][0044][0045]
巴特沃斯滤波器元器件值如式(5)，本文所设计电路n＝1。
[0046][0047]
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
[0048]
[0049][0050]z0i
＝f(fi，w
si
，εr，t，h)
[0051]z0o
＝f(fo，w
so
，εr，t，h)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0052]
其中z
0i
、fi、w
si
、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；z
0o
、w
so
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。
[0053]
实验验证
[0054]
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。
[0055]
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。
[0056]
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”。
[0057]
表一给出了图4中所示结构的物理参数
[0058]
参数l1l2l3l4l5l6l7l8dwg值(mm)13.114.315.816.919.421.824.72810.504.001.00
[0059]
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，导致系统的可靠性下降，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。
[0060]
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。
[0061]
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。
[0062]
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。
[0063]
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。
[0064]
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。
[0065]
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。
[0066]
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。