一种高隔离多比特无芯片标签结构的制作方法

本发明涉及射频识别电子标签领域，具体涉及一种高隔离多比特无芯片标签结构。

背景技术：

射频识别技术(radiofrequencyidentification,简称rfid)是一种非接触式的自动识别技术，不需要人工干预。在rfid技术中，标签具有寿命长、体积小、容量大、可重复使用等优势。但是由于标签的成本高，导致其商业化生产具有很大的限制性。对于常见的标签通常包括天线和芯片两部分，芯片是整个标签成本的主要来源，去除芯片，对于降低标签的成本具有本质性意义，无芯片标签就是在此潮流中应运而生的。

目前，无芯片标签的研究主要分为三种实现方式：基于时域编码方式，基于频谱特性编码的方式，以及通过应答信号的幅度或者相位进行编码的方式。

在标签设计中，基于时域编码方式实现可印刷标签设计主要采用声表面波技术实现编码；实现不可印刷标签的设计则通过不同长度的延时线，控制两个编码的时间差实现编码。

基于频谱特性编码的无芯片标签，通过谐振器构成滤波结构进行编码；每一个比特所对应的谐振结构在不同的频段范围内进行谐振从而实现编码；该编码方式具有完全可印刷，数据存储量大等优势，但对于频谱的占用带宽较大。

基于应答信号的幅度或者相位编码的方式，通过调节无芯片标签的负载改变标签反向散射波的幅度与相位实现编码；该编码方式占用带宽窄，但编码容量有限。

在标签天线的设计中，以经典的频率选择表面结构作为原型进行研究受到很多研究者的追捧。对于采用基本频率选择表面原型直接嵌套的结构，具有入射角灵敏度低的优势，但是由于嵌套单元的频率选择性低，编码容量扩充受到制约，占用带宽大，并且各单元之间隔离度不高，编码不易区分。

技术实现要素：

本发明针对嵌套单元间隔离度低的问题，提出一种高隔离多比特无芯片标签结构；该标签结构采用基本环状嵌套单元结合锯齿结构对场的约束性，可以有效地控制两个嵌套单元之间的磁场分布，减小两个嵌套单元的耦合，增大隔离度。

所述的标签结构包括环状嵌套结构和介质板；环状嵌套结构贴在介质板的单面上，或者采用两层环状嵌套结构分别贴在介质板的上下表面。

所述环状嵌套结构包括多个半径不同的环形贴片编码单元，分布于介质板同面或者异面；每个环形贴片编码单元分别对应一个比特的编码位，每个环形贴片编码单元的半径不同，对应的谐振点位置不同，从而谐振频点也不同，半径越大，对应的谐振频点越低。

每个环形贴片编码单元均包括规则金属环和锯齿结构；金属环的边分别对应平行于介质板的边，在金属环的内侧边上设定锯齿结构；

在介质板的表面上，所有的环形贴片编码单元结构相同，互相平行设置，且中心点在同一个位置，按照相同的排列形式嵌套排列；介质板同面上相邻两个环形贴片编码单元之间的间距相同，或者根据实际需要的频点调节设定为不同间距；且单面上的所有环形贴片编码单元共同构成一个编码。

当环形贴片编码单元同时分布于介质板的上下表面时，下表面的每个环形贴片编码单元的位置对应在上表面的相邻两个环形贴片编码单元之间的缝隙中，且上下表面上的所有环形贴片编码单元共同构成一个编码；通过增加环形贴片编码单元的数量，增加编码的位数，具有可扩充性。

锯齿结构对表面波进行束缚，使得每个环形贴片编码单元的边缘电流分布减弱，增大了环形贴片编码单元之间的隔离度，使编码更加清晰。

所述的环形贴片编码单元不具有局限性，为方形、矩形或多边形等多种不同形式；

锯齿结构形状不具有局限性，为矩形、梯形或v形等多种不同形式。

本发明的优点在于：

(1)一种高隔离多比特无芯片标签结构，是一种低成本，小型化，编码单元隔离度高的基于锯齿结构的无芯片标签；

(2)一种高隔离多比特无芯片标签结构，介质板上下两层均可进行编码，提高了空间的利用率，可实现小型化；

(3)一种高隔离多比特无芯片标签结构，单个环形贴片编码单元上分布锯齿结构增加了单元间的隔离度，从而使编码间的区分度增加；

(4)一种高隔离多比特无芯片标签结构，每个编码位由各个不同周长(半径)的环形贴片编码单元单独控制，改变环形贴片编码单元周长(半径)可改变谐振频点位置，具有灵活性。

附图说明

图1为本发明一种高隔离多比特无芯片标签结构同侧分布编码单元的结构主视图；

图2为本发明一种高隔离多比特无芯片标签结构同侧分布编码单元的结构侧视图；

图3为本发明一种高隔离多比特无芯片标签结构异面分布编码单元的结构主视图；

图4为本发明一种高隔离多比特无芯片标签结构异面分布编码单元的结构背视图；

图5为本发明一种高隔离多比特无芯片标签结构异面分布编码单元的结构侧视图；

图6为本发明环状嵌套结构分布在同侧时编码为“11111111”传输系数曲线图；

图7为本发明环状嵌套结构分布在同侧时编码为“11111111”相位曲线图；

图8为本发明环状嵌套结构分布在异面时编码为“1111111111111111”传输系数曲线图；

图9为本发明环状嵌套结构分布在异面时编码为“1111111111111111”相位曲线图；

图10为本发明环状嵌套结构分布在异面时两种编码的传输系数对比图；

图11为本发明环状嵌套结构分布在异面时两种编码的相位对比图。

1-单侧介质板，2-10单侧环形贴片编码单元；29-双侧介质板；11-19介质板上层环形贴片编码单元；20-28介质板下层环形贴片编码单元。

具体实施例

为使本发明的目的、设计方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明一种高隔离多比特无芯片标签结构，包括环状嵌套结构和介质板；环状嵌套结构的排布形式为在介质板的同面或异面自由排布；也就是环状嵌套结构可以只贴在介质板的单面上，或者采用两层环状嵌套结构分别同时贴在介质板的上下表面。

介质板采用fr4板材；

所述环状嵌套结构包括多个半径不同的环形贴片编码单元，在介质板表面上，相邻两个环形贴片编码单元之间的间距可以固定，或者根据实际需要的频点进行调节。

当环形贴片编码单元同时分布于介质板的上下表面时，下表面的每个环形贴片编码单元的位置对应在上表面的相邻两个环形贴片编码单元之间的缝隙中。

每个环形贴片编码单元分别对应一个比特的编码位，所有环形贴片编码单元的中心点在同一个位置，按照相同的排列形式嵌套排列，每个环形贴片编码单元的半径不同，对应于不同的工作频带和不同的谐振点位置，从而谐振频点也不同，半径(周长)越大，对应的谐振频点越低。

所有的环形贴片编码单元互相平行设置，每个均包括规则金属环和锯齿结构；金属环的边分别对应平行于介质板的边，金属环的宽度可以自行设定，相邻两个金属环之间的间距自行设定，在金属环的内侧边上设定锯齿结构；各个锯齿的尺寸可以相同或者不同，而且相邻两个锯齿之间的间距不定，可以相同或者不同；锯齿结构对表面波进行束缚，增大了环形贴片编码单元之间的隔离度，使编码更加清晰。

所述的环形贴片编码单元形状不具有局限性，为方形，矩形，十字形环或多边形等多种不同形式；

锯齿结构形状不具有局限性，为矩形、梯形或v形等多种不同形式。

通过控制各个环形贴片编码单元的周长(半径)变化，从而控制各个环形贴片编码单元的谐振频点位置；

针对环状嵌套结构分布在高隔离多比特无芯片标签的一侧，如图1和图2所示，介质板1采用fr4，尺寸为22.8mm×22.8mm；环形贴片编码单元2-10中，每个环形贴片编码单元中金属环的宽度为0.6mm，两个金属环之间的间距为0.3mm，且每个金属环内侧均采用矩形槽设成锯齿结构，每个矩形槽的深度为0.3mm，宽度为0.6mm，相邻两个矩形槽的间距为0.6mm，矩形槽深度越深，对表面波的抑制作用越强。每个环形贴片编码单元对应着一个谐振点，谐振点的位置随环形贴片编码单元的半径变化，半径越大，则谐振频点越低。

每个环形贴片编码单元的金属环都可以等效为电容和电感串联的形式，不同大小的金属环对应不同的谐振点，金属环半径越大，谐振点越低；通过合理调节金属环的大小可以有效控制每一个谐振点的位置。

每个环形贴片编码单元对应一个编码，通过控制每个环形贴片编码单元的存在和消失分别定义编码为“1”或“0”；编码为“11111111”的编码单元分布在介质板同一面时的传输系数与频率之间的对应关系图，如图6所示，随着频率的增加，在不同的频点处产生八个传输系数对应的波谷值，对应于八个比特位；频率范围覆盖了2.1ghz-7.1ghz；

编码为“11111111”的编码单元分布在介质板同一面时的相位与频率之间的对应关系图，如图7所示，随着频率的增加，在不同的频点处产生八个相位对应的波谷值，对应于八个比特位，相位体现了入射波通过标签后到达另一个接收端口时，波的相位变化。

针对环状嵌套结构分布在高隔离多比特无芯片标签的上下两侧，如图3，图4和图5所示，介质板29采用fr4，尺寸为29.6mm×29.6mm；介质板上层的环形贴片编码单元为11-19，下层环形贴片编码单元为20-28；每个环形贴片编码单元中金属环的宽度为0.6mm，两个金属环之间的间距为0.6mm，且每个金属环内侧均采用矩形槽设成锯齿结构，每个矩形槽的深度为0.3mm，宽度为0.6mm，相邻两个矩形槽的间距为0.6mm。

上下两层的环形贴片编码单元11-28所对应半径均不相同，且下层的环形贴片编码单元20穿插在上层环形贴片编码单元11和12之间；环形贴片编码单元21穿插在上层环形贴片编码单元12和13之间；环形贴片编码单元22穿插在上层环形贴片编码单元13和14之间；环形贴片编码单元23穿插在上层环形贴片编码单元14和15之间；环形贴片编码单元24穿插在上层环形贴片编码单元15和16之间；环形贴片编码单元25穿插在上层环形贴片编码单元16和17之间；环形贴片编码单元26穿插在上层环形贴片编码单元17和18之间；环形贴片编码单元27穿插在上层环形贴片编码单元18和19之间；环形贴片编码单元28位于上层环形贴片编码单元19内部；介质板29的上下两层的锯齿结构分别对表面波进行有效抑制，减小了相邻环形贴片编码单元之间的耦合，增大了隔离度，使编码之间区分度增加。

在实施例中，编码为“1111111111111111”的编码单元分布在介质板双面时的传输系数与频率之间的对应关系图，如图8所示，随着频率的增加，会在不同的频点处产生16个传输系数对应的波谷值，对应于16个比特位；频率范围覆盖了1.5ghz到9ghz，平均每个编码所占用的带宽为469mhz，有效地提高了标签的编码密度。

编码为“1111111111111111”的编码单元分布在介质板双面时的相位与频率之间的对应关系图，仿真结果如图9所示，随着频率的增加，会在不同的频点处产生16个相位对应的波谷值，对应于16个比特位。

每个编码单元对应着一个比特位，当编码单元存在时，对应的编码位为“1”，当不存在时，对应的编码位为“0”；去除部分编码单元，分别只保留偶数位上的单元与奇数位上的单元所产生的传输系数与频率之间的对应关系，以编码分别为“1010101010101010”和“0101010101010101”为例，如图10所示，仿真的结果互相穿插排布，频率对应良好。

编码为“0101010101010101”和“1010101010101010”的编码单元相位与频率之间对应关系图如图11所示；两个编码的仿真结果穿插分布，频率关系对应良好；与介质板上下表面的环形嵌套结构同时存在时重合。