收藏本站
《复旦大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

超低成本全打印射频识别标签的设计和实现

邵波涛  
【摘要】:经过60多年的发展,射频识别技术已经极大地改变了人们的生活和生产方式。在其发展的历程中,电子标签生产成本的降低是它得到广泛应用的重要因素之一。现在社会的发展需要成本更加低廉的电子标签,以满足拥有巨大市场潜力的低端商品自动识别需求。然而,以前所广泛使用的硅平面集成电路工艺面临着难以进一步降低成本的局限性,这就要求具有低成本制造优势的新生产技术出现。 为了满足这种需求,科研工作者引入了喷墨打印技术来生产超低成本的射频识别标签。与普通硅工艺相比,喷墨打印工艺不需要掩模板,也不使用接触式制造,而是使用全加法制造工艺,因此可以提供更有成本效益的生产方法。现在,喷墨打印技术在标签生产中的应用还处于研究与探索阶段,有许多关键问题亟需解决,例如打印传输线表征和建模的研究,适合全打印电子标签电路的提出,克服打印金属线厚度和电导率的缺点,以及设计和生产低成本标签天线的研究,设计和实现在含水环境中可以正常工作全打印电子标签等等。 本文从射频识别技术的概念出发,介绍了电子标签技术发展的历史进程和应用,并对比和分析了不同电子标签的分类,同时比较了喷墨打印工艺和硅集成电路生产工艺的特点,并进一步地阐明了打印技术对低成本电子标签生产的重要意义。 对于打印电子标签的设计而言,重要的任务就是确立基本器件表征和建模的方法,例如传输线表征和建模。本文设计了不同类型的常见传输线结构,并通过喷墨打印技术实现了这些传输线的全打印制造,随后对这些打印传输线进行了时域和频域表征,提取出了传输线的各种特征参数,并建立了打印传输线的集总参数模型和分布参数模型。模拟结果和实验结果的相互吻合证明了表征方法的正确性和模型的精确度。这些多方面表征的方法和精确模型的建立对于打印电子标签的设计具有重要的意义。 本文提出了一种全新的基于传输线时域反射原理的无芯电子标签电路。这个电路主要包括一个传输射频信号的微带线和一组编制二进制识别码的电容。电子标签采用OOK(On-Off-Keying)编码方式。我们首先在传统的打印线路板(Printed circuit board, PCB)上制作了这种电路,并分别测试了时域反射信号响应和超宽带信号响应,从而证明了这种电子标签电路的可行性。 实现电子标签全打印的过程中,我们需要克服由于打印工艺而造成的局限性问题,例如打印金属线极薄的厚度,较差的电导性等。这时传统的均匀线宽传输线分析方法已经不再适用。针对这种情况,我们提出了线性渐变微带线的结构,并应用到前述的无芯电子标签电路中,从而首次成功地实现了纸上全打印电子标签。这种标签具有低成本,可重复编码的功能,因此在低端商品识别领域有着广阔的应用前景。 标签天线的高成本也是导致电子标签总成本难以降低的原因之一。我们将线性渐变原理进一步推广到天线设计中。结果发现,使用了线性渐变原理的偶极子天线和弯折线天线可以在保持性能基本不变的情况下,节省40%以上的金属体积,从而为实现低成本的标签天线制造提供了一个简单有效的方法。 由于上述的纸基喷墨打印电子标签工作在超高频和微波频段,因此当在含水的环境中使用时,它的性能会受到很大的影响。因此,我们提出了另外一种新型的无芯电子标签,它可以工作在含水的环境中,并且性能不会有很大的变化。这种电子标签电路是通过不同LC电路共振振荡实现了在频域的多位编码。我们在柔性衬底上通过简单的墨粉转移工艺实现了这种标签电路。测试的结果表明这种标签在含水的环境中可以基本不受影响的工作。这个电路同样是可以通过全打印的方法来实现,并且可以重新编码。 为了实现超低成本电子标签,本文系统性地研究了电子标签中的器件表征和建模,标签电路的提出,标签电路的验证和实践,以及标签天线的设计改进等一系列工作。本文中的研究成果对于实现超低成本的电子标签制造具有重要的意义。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP391.44

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 轩秀巍;超高频射频识别系统的关键技术研究[D];天津大学;2012年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 秦瑞平;吕彤;张远;赵艳芳;;核壳结构喷墨微滴珠液开发研究[J];包装工程;2007年02期
2 胡文华;钟传杰;;喷墨印刷聚合物线条宽度和厚度的计算方法[J];包装工程;2009年04期
3 陈萌;罗世永;许文才;;纳米银制备及其在抗菌包装和印刷中的应用[J];包装工程;2009年05期
4 富春;李岩川;许军;;Self-Bank银纳米粒子导电膜的制备(英文)[J];电子器件;2008年01期
5 王金意;刘冉;蔡文斌;;玻璃上基于自组装和喷墨打印的选位金属沉积[J];高等学校化学学报;2008年08期
6 胡建波;朱谱新;;喷墨打印技术制备聚合物太阳能电池的研究进展[J];功能高分子学报;2011年03期
7 闫秀霞;孙林岩;;物流服务供需联盟激励机制设计[J];计算机集成制造系统;2008年09期
8 姬鸿恩;;RFID在物流管理中的战略价值与挑战[J];物流科技;2009年07期
9 方一;;喷墨导电墨水打印印迹导电性能的研究[J];中国印刷与包装研究;2010年02期
10 王倩;;基于RFID技术信息管理系统的构建——以烟台润滑油公司为例[J];企业经济;2011年12期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 陈奇峰;陈广学;唐宝玲;;喷墨成像印刷系统供墨压力均布自动调节元件的设计研究[A];中国仪器仪表学会第十一届青年学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 田德文;熔滴与平面和角形结构碰撞的动态行为及形态[D];哈尔滨工业大学;2009年
2 董新平;物联网产业成长研究[D];华中师范大学;2012年
3 邓良;“双业联动”视角下的中国物流业发展战略研究[D];首都经济贸易大学;2012年
4 吴振宇;基于Web的物联网应用体系架构和关键技术研究[D];北京邮电大学;2013年
5 孙鹏;基于复杂系统理论的现代物流服务业与制造业协同发展研究[D];中南大学;2012年
6 黄璐;石墨烯基智能材料的制备及应用研究[D];南开大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴君义;智能交通领域RFID技术创新扩散研究[D];浙江大学;2011年
2 赵杰;纳米银导电浆料的制备及应用研究[D];武汉理工大学;2011年
3 郑华滨;陶瓷膏体挤出装置和挤出工艺研究[D];兰州理工大学;2011年
4 何培;基于溶液法的无铟有机太阳能电池研究[D];上海交通大学;2012年
5 江强维;超疏水涂层的制备及应用研究[D];华南理工大学;2011年
6 屈啸;基于列存储的RFID数据的管理技术的研究与应用[D];南京理工大学;2012年
7 秦瑞平;核壳结构纳米喷墨CTP墨水开发研究[D];天津工业大学;2007年
8 胡文华;基于喷墨印刷的有机薄膜晶体管的研制[D];江南大学;2009年
9 陈萌;纳米银溶胶的绿色合成及其抗菌性能[D];北京印刷学院;2010年
10 石传芳;制造企业物流模式选择与协调策略研究[D];西安理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 宁焕生;徐群玉;;全球物联网发展及中国物联网建设若干思考[J];电子学报;2010年11期
2 丁治国;郭立;王昱洁;;基于密钥阵列的RFID安全认证协议[J];电子与信息学报;2009年03期
3 金永明;孙惠平;关志;陈钟;;RFID标签所有权转移协议研究[J];计算机研究与发展;2011年08期
4 刘强;崔莉;陈海明;;物联网关键技术与应用[J];计算机科学;2010年06期
5 李世煜;冯全源;鲁飞;;基于BIBD(4,2,1)的RFID防碰撞算法[J];计算机工程;2009年03期
6 张帆;孙璇;马建峰;曹春杰;朱建明;;供应链环境下通用可组合安全的RFID通信协议[J];计算机学报;2008年10期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 靳钊;无源超高频射频识别标签设计中的关键技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 孙智勇;RFID系统中数字信号处理模块的设计与实现研究[D];杭州电子科技大学;2014年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 李蕾;毛陆虹;黄晓综;谢生;张世林;;基于CMOS迁移率与阈值电压特性的温度传感器[J];传感器与微系统;2010年05期
2 王连强;吕述望;韩小西;;RFID系统中安全和隐私问题的研究[J];计算机应用研究;2006年06期
3 安治龙;李永明;;一种用于无源射频识别标签的上电复位电路[J];微电子学;2007年06期
4 朱军;张元;卢小冬;张海英;;基于分段搜索的多RFID标签抗冲突方法[J];计算机应用研究;2011年03期
5 徐江;黄银龙;徐旭;朱彤;邱瑾;;“汽车数字化标准信源”标签安全研究[J];通信技术;2010年12期
6 毕中裕;简文翔;金钢;彭巍;闫娜;闵昊;林殷茵;;适用于射频识别标签的64-kbit嵌入式阻变存储器[J];固体电子学研究与进展;2011年04期
7 李红娟;;RFID标签数据读写的软件分析设计[J];吉林化工学院学报;2008年02期
8 田鹏辉;隋立春;;RFID医院婴儿智能防盗系统设计[J];现代电子技术;2011年12期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 张洋;无源超高频射频识别标签芯片射频模拟前端设计[D];中国科学技术大学;2014年
2 王蕾;RFID技术在邮政实物网中的应用设计与实现[D];南京理工大学;2007年
3 王挺;符合ISO15693协议的数字基带的ASIC实现[D];电子科技大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026