基于打印电子的Chipless RFID的3D定位方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种基于打印电子技术的无芯片（Chipless)RFID的3D定位方法，主 要应用于室内物品之间的定位技术，属于无线通信及室内定位技术领域。
【背景技术】：
[0002] 打印电子技术具有高效、快速和便捷等优势，可以广泛用于各类电子产品的打印 上，例如二极管、M0S管及微波器件和各种电路的打印上，因此将打印电子技术的应用于 RFID的设计和加工上具有很好的应用价值和商业前景。
[0003] RFID(射频标签）在万物互联中一直被提至很高的位置，被认为是万物互联的基 础之一，因此过去的几年中在学术圈和企业界被广泛的研宄，也被寄予厚望。然而多年过 去，RFID在我们日常生活中用的却不是很多，恰恰相反，简单的条形码和二维码在人们生活 中却是无处不在，包括图书馆书籍、火车票，各种商品标签等等，无所不包。
[0004] 当研宄者在反思为何作用距离远、效率高的RFID无法取代条形码和二维码时候， 发现成本是最主要因素，一个普通的RFID成本为近1美金，而条形码和二维码成本几乎为 零，那么在无需远距离作用和定位时候，人们更愿意花不多的力气来使用稍微麻烦的条形 码和二维码。同时在很多大量需要使用标签的地方，例如图书馆、仓库等地方，由于RFID成 本原因导致很多原本更适合使用RFID地方不选择RFID。
[0005] 研宄者一直在寻找一种既有RFID远距离识别功能又有条形码和二维码的低成 本东西，这时，ChiplessRFID就孕育而生。ChiplessRFID是指无芯片射频标签，传统的 RFID的主要成本来源于其内部储存信息的芯片，如果可以利用射频标签本身的结构来物 理储存标签识别信息的话，那么就可以省去内部的芯片，这样就可以使得RFID的成本大大 减低。然而任何事情都不可能一下子很完美，ChiplessRFID的研宄也存在诸多难点，包 括如何将RFID成本降至条形码和二维码、如何在无源情况下实现高的信息储存量、如何实 现自身定位功能等，而目前现有ChiplessRFID基本利用PCB工艺实现，有文献（Arnaud Vena，etl，"DesignofChiplessRFIDTagsPrintedonPaperbyFlexography''，IEEE TransactionsonAntennasandPropagation，Vol. 61，No. 12，Dec. 2013)报道实现在 纸张上打印金属厚度5微米，为目前最厚的，但是文中的技术是利用无电沉积金属铜，不 是直接利用打印机直接打印；同时文献（Rubayet-E-AzimAnee，andNemaiC.Karmakar， ''ChiplessRFIDTagLocalization"IEEETrans.Microw.TheoryTechn. ,vol. 61,no. 11, pp.4008-4017，Nov. 2013)报道了最新的关于ChiplessRFID定位技术，但是这里还只涉及 到ChiplessRFID的二维定位方法。
【发明内容】
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[0006] 为了解决【背景技术】中存在的成本问题，本发明利用打印电子技术来加工打印射频 标签，可以在满足器件的射频同时，极大的减低加工成本，同时实现便捷、快速和方便的标 签加工。利用在传统打印机上加金属纳米粉，在特定的纸张或者PET材料上打印需要的金 属结构。
[0007] 为了解决【背景技术】中存在的无芯片标签信息量储存问题，本发明利用多个 ChiplessRFID标签进行级联，实现高信息储存功能。该单个天线由两部分组成，天线单元 结构（9)和短截线（10)，其中天线单元结构（9)产生一个固定的频率，而结构（10)长度的 变化可以改变天线的相位，不改变天线单位的辐射频率。这样如果一个天线单位结构固定， 改变短截线来实现天线的相位变化，短截线长度的改变会很明显的改变天线辐射频率的相 位，利用鉴相器可以容易的捕捉到天线相位的变化，如果一个天线单元相位变化10次，3个 天线单元级联一起就可以实现1〇 3次，如果有N个天线单元，则可以实现1(^次不同信息量， 如果是N个天线单元，每个天线单元的相位变化n次，那么级联起来的天线标签可以实现Nn 次信息量。
[0008] 为了解决【背景技术】中ChiplessRFID标签自身三维定位方法，本发明借鉴传统的 定位技术和文献"ChiplessRFIDTagLocalization"的方法，提出了ChiplessRFID的定 位方法。在空间内等角度布置N个点，组成一个圆，并在各个点上放置一个读取信息的读写 器，通过读写器发射信号，被ChiplessRFID标签接收并反射回读写器，读出电磁波在这个 过程的时间差，并由此计算出读写器与标签之间的距离，利用3个以上在不同位置角度的 读写器，可以获得3个方程式，可以计算出标签所在的位置，包括距离，水平方位角，垂直方 位角。
[0009] 技术方案：
[0010] 基于打印电子的ChiplessRFID定位系统中的标签是利用在喷墨打印墨水里加 纳米银颗粒，纳米银颗粒的尺寸大小为10 = 20纳米，利用湿化学方法实现，并在墨水中占 30 %的体积比。利用该墨水可以直接打印出需要的金属标签结构。
[0011] ChiplessRFID标签设计为3个微带天线级联的形式，为了获得不同频率点，每个 天线的大小尺寸不一样，当天线结构尺寸确定后，利用天线结构中的微带短截线（10)来实 现天线相位的调整，微带短截线长度的变化，对天线的谐振频率不会产生任何影响。这里短 截线（10)长度从〇mm变化到12mm，则相位变化了 100度，如果使用的鉴相器的精度是10度 的话，那么可以产生1〇3种不同的信息量，如果鉴相器的精度是1度的话，则可以产生10 1(1种 信息量。
[0012] ChiolessRFID定位方法是，首先读写器天线与标签的距离是由延迟信号时间计 算出来，读写器天线发射出去的信号到达标签再从标签发射到读写器天线上，这一延迟时 间可以由仪器读出，那么计算出来的距离可以表示如下形式，
[0013] rj= 11Xc/2 (1)
[0014] 这里巧表示读写器天线到标签之间的距离，tt表示延迟的时间，c表示光速。标 签的计算位置是由三个读写器决定的，一旦标签和读写器之间的距离确定后，标签的位置 就可以被计算出来。标签与读写器天线之间的位置关系可以用下面的公式表示，
[0015] (rtsin0tcos<}&