超低成本全打印射頻識(shí)別標(biāo)簽的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn).pdf

1、經(jīng)過60多年的發(fā)展，射頻識(shí)別技術(shù)已經(jīng)極大地改變了人們的生活和生產(chǎn)方式。在其發(fā)展的歷程中，電子標(biāo)簽生產(chǎn)成本的降低是它得到廣泛應(yīng)用的重要因素之一?，F(xiàn)在社會(huì)的發(fā)展需要成本更加低廉的電子標(biāo)簽，以滿足擁有巨大市場(chǎng)潛力的低端商品自動(dòng)識(shí)別需求。然而，以前所廣泛使用的硅平面集成電路工藝面臨著難以進(jìn)一步降低成本的局限性，這就要求具有低成本制造優(yōu)勢(shì)的新生產(chǎn)技術(shù)出現(xiàn)。
　　為了滿足這種需求，科研工作者引入了噴墨打印技術(shù)來生產(chǎn)超低成本的射頻識(shí)別標(biāo)簽。與普

2、通硅工藝相比，噴墨打印工藝不需要掩模板，也不使用接觸式制造，而是使用全加法制造工藝，因此可以提供更有成本效益的生產(chǎn)方法。現(xiàn)在，噴墨打印技術(shù)在標(biāo)簽生產(chǎn)中的應(yīng)用還處于研究與探索階段，有許多關(guān)鍵問題亟需解決，例如打印傳輸線表征和建模的研究，適合全打印電子標(biāo)簽電路的提出，克服打印金屬線厚度和電導(dǎo)率的缺點(diǎn)，以及設(shè)計(jì)和生產(chǎn)低成本標(biāo)簽天線的研究，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)在含水環(huán)境中可以正常工作全打印電子標(biāo)簽等等。
　　本文從射頻識(shí)別技術(shù)的概念出發(fā)，介紹了電子

3、標(biāo)簽技術(shù)發(fā)展的歷史進(jìn)程和應(yīng)用，并對(duì)比和分析了不同電子標(biāo)簽的分類，同時(shí)比較了噴墨打印工藝和硅集成電路生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，并進(jìn)一步地闡明了打印技術(shù)對(duì)低成本電子標(biāo)簽生產(chǎn)的重要意義。
　　對(duì)于打印電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)而言，重要的任務(wù)就是確立基本器件表征和建模的方法，例如傳輸線表征和建模。本文設(shè)計(jì)了不同類型的常見傳輸線結(jié)構(gòu)，并通過噴墨打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了這些傳輸線的全打印制造，隨后對(duì)這些打印傳輸線進(jìn)行了時(shí)域和頻域表征，提取出了傳輸線的各種特征參數(shù)，并建立了

4、打印傳輸線的集總參數(shù)模型和分布參數(shù)模型。模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相互吻合證明了表征方法的正確性和模型的精確度。這些多方面表征的方法和精確模型的建立對(duì)于打印電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)具有重要的意義。
　　本文提出了一種全新的基于傳輸線時(shí)域反射原理的無芯電子標(biāo)簽電路。這個(gè)電路主要包括一個(gè)傳輸射頻信號(hào)的微帶線和一組編制二進(jìn)制識(shí)別碼的電容。電子標(biāo)簽采用OOK(On-Off-Keying)編碼方式。我們首先在傳統(tǒng)的打印線路板(Printedcircuit

5、board，PCB)上制作了這種電路，并分別測(cè)試了時(shí)域反射信號(hào)響應(yīng)和超寬帶信號(hào)響應(yīng)，從而證明了這種電子標(biāo)簽電路的可行性。
　　實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽全打印的過程中，我們需要克服由于打印工藝而造成的局限性問題，例如打印金屬線極薄的厚度，較差的電導(dǎo)性等。這時(shí)傳統(tǒng)的均勻線寬傳輸線分析方法已經(jīng)不再適用。針對(duì)這種情況，我們提出了線性漸變微帶線的結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用到前述的無芯電子標(biāo)簽電路中，從而首次成功地實(shí)現(xiàn)了紙上全打印電子標(biāo)簽。這種標(biāo)簽具有低成本，可重復(fù)編

6、碼的功能，因此在低端商品識(shí)別領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　標(biāo)簽天線的高成本也是導(dǎo)致電子標(biāo)簽總成本難以降低的原因之一。我們將線性漸變?cè)磉M(jìn)一步推廣到天線設(shè)計(jì)中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用了線性漸變?cè)淼呐紭O子天線和彎折線天線可以在保持性能基本不變的情況下，節(jié)省40％以上的金屬體積，從而為實(shí)現(xiàn)低成本的標(biāo)簽天線制造提供了一個(gè)簡(jiǎn)單有效的方法。
　　由于上述的紙基噴墨打印電子標(biāo)簽工作在超高頻和微波頻段，因此當(dāng)在含水的環(huán)境中使用時(shí)，它的性能會(huì)受到很

7、大的影響。因此，我們提出了另外一種新型的無芯電子標(biāo)簽，它可以工作在含水的環(huán)境中，并且性能不會(huì)有很大的變化。這種電子標(biāo)簽電路是通過不同LC電路共振振蕩實(shí)現(xiàn)了在頻域的多位編碼。我們?cè)谌嵝砸r底上通過簡(jiǎn)單的墨粉轉(zhuǎn)移工藝實(shí)現(xiàn)了這種標(biāo)簽電路。測(cè)試的結(jié)果表明這種標(biāo)簽在含水的環(huán)境中可以基本不受影響的工作。這個(gè)電路同樣是可以通過全打印的方法來實(shí)現(xiàn)，并且可以重新編碼。
　　為了實(shí)現(xiàn)超低成本電子標(biāo)簽，本文系統(tǒng)性地研究了電子標(biāo)簽中的器件表征和建模，標(biāo)簽電