外文翻译--无芯片标签，下一个RFID前沿 中文版

毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系 别： 电子信息系 专 业： 通信工程 班 级： 姓 名： 学 号： 外文出处： 中国电子商情 （ 术与应 用） 附 件： 1. 原文 ； 2. 译文 2013 年 03 月 无芯片 标签，下一个 沿 1 引言 射频识别（ 概念在十年前已被引入了许多 1，但在长期的 R D 和新的应用程序 2中，它仍然非常具有吸引力。今天， 看作是一项非常有利的技术，它根据考虑成千上万的应用程序而涵盖了种类繁多的领域，其中包括：身份证明文件，安全性，访问控制，公路收费，售票，制药，物流，制造 ，赌博等。由于其相对较低的成本和大通讯距离，被动（即无电池） 签变的非常有前途。世界各地都在考虑成本，效率，可靠性，安全性，和标准这几组 3关键问题。 为了保证互操作性、低成本和数据安全的要求，研究无源标签特别是 签，已经迫在眉睫。因为有三个全球频带，互操作性变的非常必要。粗略地说，操作系统频段：欧洲 865洲和美国 902国，日本和亚洲大部分地区 9524。互操作性要求发展高效率的小型化天线能够覆盖三个 段。隐私高度依赖于包含 在 片中的数据安全性。今天，不同的微电子技术可用于制造 片： 最著名的例子 4，5。在第二次世界大战期间， （识别朋友或敌人），就是盟军使用的密码系统上的敌我识别应答器，是第一个 应用。在今天的 片上标签的加密技术通常是可取的，可以实现在许多应用程序中。然而，标签上的加密费用仍然是高昂的，它违反了应用程序的要求，如电力或成本限制 7。第三个问题涉及到标签的成本。除了 C 和天线的成本，标签的成本将取决于制造工艺之间的连接天 线和 片。即使在天线降低成本、使用成本低的基材和至少一部分的天线的油墨印刷 8方面已经取得了很大的进展，天线和 片之间的互连端口仍然需要更好的可靠性 9， 10。 为实现更好的数据安全性和低成本目标，一种解决方案就是考虑无芯片。最近有很多无芯片 设计在微波地区的文献报道。微波标签与 签光学条形码相比，在较长的范围内具有明显的优势，并且容易通过常规的光刻技术来制造。许多实验室正在开发中，这是一个非常有趣的方法。 在这篇文章中，我们讨论了不同的方法及几款 签的设计。第 2 节讨论传统的基于 片的标签。第 3 节是专门介绍和讨论 太赫兹无芯片的可能性。某些新提出的结构的仿真结果也将被报道。 2 传统的 签 如今，超高频射频识别（ 术由于其巨大的潜力 ，使得 工业和学术机构 对其产生了 很大的兴趣 而 在跟踪 研究 。这就是为什么 签的高性能 、低成本的设计是一个非常活跃的研究领域。 在过去的 10 年中， 签成本一直相对较低。然而，这项技术在高容量的部署方面，标签成本仍相对较高。这是一部分的情况，但它不是唯一的的原因。事实上，如果我们在考虑的情况下， 们看到的这样的标签就制造工艺、技术和原材料，都比较接近 签。这些标记也由硅芯片和金属带用于与读写器进行通信，并且因此，这些标签的（ 成本是可比。 签用于短程应用程序。但是，如果我们考虑大众市场，尽管这是真实障碍（维修或处理的原因，一般是能够更好地在一个特定的区域参与远程读取所有标签）， 签在这个部门仍然是最复杂的。除了技术，这样做的原因是不经济的（标签的价格是可比的）。事实上，在现实情况中， 签比 签更强大。这对最终用户具有极其重要的影响：没有初步测试 ，独特的高频标签可以使用一个非常了不起的数字对象。例如，在实践中，不管对象包不包含金属，只要其被放置标记，在 统的操作就不被干扰。 在超高频的情况下，环境（被放置标记的对象，相当于紧闭的环境）中标签的特性将受到很大的影响。特别地 ,当标记被放置在为它专门设计的不同的环境中，该系统的性能将迅速损坏，因而这种技术的潜力是有限的。一般的观察可能会导致一个跟踪对象既没有相同的电磁特性，也不在相同的几何尺寸内。此外，考虑到新的应用程序的趋势，预期的标签将被直接集成在对象本身。事实上，有趣的是，在其不同的制造工序 ，而且在整个供应链，它都是效仿的对象。 基于折叠偶极子天线和电流环（匹配和近场的考虑），天线的设计方案停留在纯粹的经验设计方法的基础上。我们开发了一种新的设计方法，在其中，用户要求参加天线的设计。在古典方法中，该天线拓扑还没有被定义。原始拓扑结构的天线是根据限制条件自动生成并选择的。图 1 给出了一些示例。这种做法并不能简单的由已经选择的拓扑结构优化，也要从头到尾考虑天线的设计。我们的方法结合了通用软件（例如， 专用软件 拟（例如， ）。这两种类型软件整合的主要 动机受益于数据处理非常广泛的面板功能（例如功能优化），以及强大且非常通用电磁仿真器。 所有的命令都受控于 使得这种方法非常灵活。因此，设计人员可以避免繁琐的参数化这些手动重复的任务。 基于遗传算法的概念，我们使用一个优化的过程（ 以满足在设计过程中受设置的限制。优化包括一个迭代过程，根据所施加的限制，其中首先生成该天线的形状，然后模拟和精细评估其性能。因此，在迭代过程中，天线的形状变化遵循一个渐进的原则。一直重复直到满足天线设计，做到项目规范（尽可能地好）。这种非常灵活的方式使人们在整个过 程中，通过考虑不同的问题在特殊的物理环境中设计标签变为可能 11。 图 1 自动天线设计的实例：（ 1）不对称（ 2）对称（ 3）扇区化方法（虚线蜿蜒区） 3 无芯片解决方案 针对于超低成本的 用程序，无芯片 术的一个新领域 。然而，它目前受限于未经授权的无线电频带。在本节中，我们提出了不同无芯片的解决方案，包括考虑更高的频率这种非比寻常的方案，即太赫兹领域。 芯片方法 市场上最热门（同样也最畅销）的是无源标签。该系列标签已经取得了巨大的增长，但单位成本仍然很高，阻碍了它们 的发展 1。这就是为什么无芯片标签（无芯片）会出现，且使得大规模降低成本与自动识别中心的建议并存成为可能。除了芯片价格之外，该方法还可以降低芯片组装成本。这些元素占传统标签价格的一半以上 12。 无芯片标签，也称为“ 形码”，通常用具有低成本的电磁反射或吸收的材料制造。无芯片标签相比于被动式标签一般具有以下特点： (1) 低成本，小于 5 美分量 ； (2) 非接触式，短距离小于 1 米 ； (3) 更高的可靠性：热学和力学行为 。 然而，这些优点应该平衡于有限的存储容量（几十位）和这些设备的非可重写特性（只读标 签）。另一个缺点是阅读器的成本，相比之下，可能高于以芯片为基础的阅读器的成本。无芯片标签是根据不同的途径由不同的家庭组成。最有希望的是基于： (1) 声光性能的材料，对表面声波（ 精确 13。这种方法已经商业化，是目前为止最成熟的无芯片 术 ； (2) 印刷有机晶体管。这项前瞻性的做法，主要是基于相同原则的无源4； (3) 射频在被动微波集成电路中的电磁性能 15这种方法是非常有前途的，但仍处于发展阶段。 现在的问题是：究竟如何采用超低成本无源射频器件对信息进行编码？ 信息编码的原则包括编码标签的识别号码，在该原则的基础上产生一个明确的时间或频率足迹。有几种方法来对二进制数据进行编码。两个易于实现信息编码的方法包括： (1) 给定一个时间或频率（如通断键控（ 调制方式）去定位一个特定的信号，存在或不存在都是众所周知的 ； (2) 测量两个特征信号之间的间隙（在时间或频率）（如脉冲位置调制（ 。 信号是一般可以使用编码信息的幅度或相位的电磁波。在时域，设备的设计建立在不连续性的信号反射概念的基础上。这个不连续性，可以通常是由于几何构型（微波的方法）或介质（光纤 的方法）的变化形成的一个粗略的的过渡线。为了对获得一个特定的脉冲之间的时间间隙信号的信息进行编码，有一个简单的方法就是在不同的距离放置大量的不连续的信号。这些不连续点，可以容易地实现本地化 15或分发 16在放置在传输线中的电容中。 在频域 ，也能够通过考虑后向散射波频率的幅度变化对信息进行编码。通过将谐振元件附近的传输线 17,18或通过利用网络的谐振频率的偶极子 19， 20可以将这些工作完成。一些研究已经表明，通过相波的变化 21， 22对信息进行编码是特别有趣的。 这些设备的很大的优点是，它们 可以被制造在低成本的电介质基片的顶部上。然而，它具有相当低的数据容量和尺寸（约十分之一平方厘米）。 二维结构的引入可以解决这些限制。我们还认为，前面介绍的这些不同的原则可以被转移到更高的频率，以提供更大容量的微型标签解决方案。几年前，基于全息原理的装置 23已被研究。为了读取信息，这样的解决方案需要成像技术。 芯片 做振幅的方法，一种是调谐到某些预定频率的带通或带阻滤波器被用来表示为 19中给出的数据的微带偶极子阵列。另一种方法是使用电容调整分割微带谐振器。这里，偶极阵列的每个元素的电容 变化 都是通过改变在该中心的分割尺寸来获得所期望的调谐 20。上述两种是基于目标的双站 量技术。由于多径效应，相互耦合，这些方法存在一定的困难，要求 大带宽和很少数量的数据位。 17。该系统使用了对正交极化的双波段天线，该天线用于发 送和接收的信号具有很宽的带宽。一种多谐振器电路是用来编码从天线发来的多频率编码器的信号。通过改变每个螺旋谐振器的尺寸改变对应的频率。但在实际情况中，它已被视为是否保持良 好信噪比的依据。此方法需要一个用于执行振幅和相位的信号来参考。 2 基于该相位提出了一种方法，即反应终止的标签天线的频率特征。一个基于 - 频率分布。各种完全可打印的无芯片 可在文献中找到。喷墨打印的 8位标签已在 16中被实现。此方法是使用一个与电容不连续的传输线采用 面山科技）技术来实现。根据电容器是否连接或没连接到传输线上，决定是有反射或无反射。这个想法被用到了代码数据中。 术提出了一个易于打 印的基于 签的 有一只脚的阅读范围 24。考虑到标签中元素之间的衍射效应，后处理工艺用在已经接受的数据中，以增加数据的准确性。不过，即使是上述所有的技术，唯一的商业成功的无芯片 统是 发的基于表面声波波（锯）的技术 13。为了产生声波，声表面波装置使用了压电材料。当一个振荡电场被施加到压电声波传感器中，将会创建声波，并通过基板传播。这是再转换回电场。因为不连续性，反射波被修改时可以进行分析，以获得所存储的信息。 签是最具成本效益的大容量的数据存储装置。 虽然， 签的功能完全正常，可替代缺口的标签，但由于其压电性质不提供完全可印刷溶液。因此，他们不能适用于低成本的基材，如纸张。这进一步加剧了所有可打印的和紧凑的具有大容量数据存储能力和较小带宽分配的段内工作标签的需要。 我们正在向所有可打印的紧凑型 签设计迈进。举一个例子，一个两比特的无芯片 签已经在相位上的变化的基础上进行研究。通过以下方式可以获得不同拓扑结构的反射的相位变化元素。根据该标记存在或不存在，相位的反射波会改变。图 2 示出的是反射信号的相位。从图中可以看出，由于电流分 布的变化，大的显著的相位变化产生在各种配置反射元件中。 有趣的是，由于电流分布的变化也有不同的共振（图 3），这是显而易见的。此数据也可以用于仔细检查接收到的信息 。 图 2 与不同的码对应于不同的配置的相位变化图 3 不同的配置的共振变化 立太赫兹无芯片 如前所示，表面信息将被已被射频信号读取的射频结构展开。在这部分，我们讨论了不同的 法 ,它的信息具有多层结构，多层结构的尺寸将与太赫兹（ 率兼容。在这种情况下，以数量编码的信息将会被太赫兹信号读取。用户将在他的控制内有三种处 理已记住信息的可能性：一种是使用射频识别信号标签的表面标记，一种在体内，或两者都标记。这后一种解决方案带来了更好的灵活性和更好的保护数据的可行性。这一系列的新标签构成了强大的通信对象，并确保了最佳的管理能源，因为它们是反射基础上的无源器件。此外，他们的被动的特征使他们不能被伪造，除非被授权，否则在他们体内的太赫兹编码信息无法被读取。 它可以通过不同的途径来编写 息。这样就可以实现使用多层结构的频率签名的时间响应。事实上，由于介质材料依靠其自身光学特性（介电常数和磁导率）的阻抗特性（在 ）使得频率 系数会出现在每一个结构的接口上，然后由脉冲源发射的电磁（ 号就会被部分地反映在各接口的多层结构上，其产生回波时间延迟和幅度取决于每一层的几何和光学性质。反过来，一个检测器读取一个在时域上被编码的标记信息的时间签名。只要入射波的脉冲持续时间小于它后面和更薄层内的第 4 行驶时间，读者就能够检测到两个连续的回声。考虑到这一点，使用源必须产生一个脉冲信号与脉冲持续时间不大于几十飞秒的 1毫米厚的标签。对于这样的标签，系统需要太赫兹源。 尽管如此，即使太赫兹源提供了一个连续信号（ ），它仍然可能得到有 关下列内容的具体标记信息。事实上，通过整个多层结构反射的总 整个反射波的总和，且已在各界面反射。由于这些反射波具有相同频率不同量的特点，只要多次反射依赖于 射波频率的相对相移，反射波的总强度就会受到这些相移反射波的干扰。一方面，表现在标签的几何和光学性质，另一方面，表现在一个 的频率扫描，其涉及特定强度调制的总反射（或发送）电磁波。反过来，一个检测器读出的光谱特征：在频域中的标签信息将进行编码。下面我们提出一些通过这后一种方法得到的结果，更具体地说，它是如何可能用一个简单的 芯片标签在太 赫兹领域的多层结构重的几比特进行编码。 下图 4 中研究的是太赫兹标签，它是将非磁性介质放置在一个定义良好的秩序中，以确保三个不同的用来精确识别标签及其信息的功能。堆叠的层 A 和 种周期性结构具有传输系数，它取决于入射信号的频率。 图 4 太赫兹无芯片标签结构的原理图 图 5 一个来自不同缺陷层厚度的 签的 面波的透射系数和相位 (虚线 ) 如该图 5 所示，如果发送它的波长被限制在一定的带宽内，其光谱特性（拒绝电平，位 置和宽度）取决于每个周期性层叠层上的电介质和几何特性的 A 和 B，则布拉格反射镜可以防止传入波通过该结构。布拉格反射镜是一个 1子晶体，呈现出光子带隙（ 可实现光谱信息。事实上，引入嵌入两个一维光子晶体的层 C（缺陷层图 4），一个创建了具有与频率相关的反射率的法布里 - P 25，因为这个带宽分离了两个依赖于缺损的光学长度的连续传输峰。因此，在 要么没有要么有几个峰出现。然后，透射峰的存在或不存在，被称为缺陷模式，其用来编码信息。例如，我们认为图 4 中的多层结构，制定了一个 签 ，其光谱特征提供了一个无方向的依据：无论其相对的方向如何，阅读器必须识别标签。为适应 应用需求，响应发达的光谱结构必须是独立且具有偏振状态的太赫兹电磁波。对所传输的反射电磁波（ 分别进行了传输矩阵法的数值计算 26，考虑 面入射波荣 “，进行编码信息的最简单的方法是读取的存在 /不存在的一个缺陷模式内的光子带隙。图 54 标签显示的光谱特征具有相同层尺寸的缺陷厚度。 没有缺陷模式中的光子带隙的两个半带宽（图 5a）可以被解释为 “00”。图5b 设置为 “10”，图 5c 设置为 “01”以及 5d 为 “11”。这意味着，可以识别的状态数量由具有一定光谱分辨率的阅读器测量的缺陷峰的数目给出。反过来，为了提高状态的数量，应该首先提高阅读器的光谱分辨率和 /或扩大 带宽。这后者的解决方案，可以实现例如，带有超材料的布拉格反射镜。 4 结论 术在许多领域被广泛及迅速的应用。它正在成为我们日常生活的一部分。应用程序和环境的变化需要可以满足每种不同情况的不同标签。根据其组合，标签可分为两个系列。第一系列的切口标签主要是根据芯片中包含的信息在使用。这些标签都相当发达，并提供了许多不同的格式。为 了克服一定的局限性，如数据安全性，破碎的标签可继续进行研究。 第二个系列 是无芯片的形式。这些不使用 片和信息的标签被直接编码在表面上和 /或结构体内。这些标签，跟射频识别条形码一样，在节约成本和数据安全方面是非常具有吸引力的。世界各地的许多研究项目，都致力于发展高效，灵活的无芯片标签。 无芯片标签的 场不到 1。由于其成本低和极大的灵活性，也有市场预测显示，在未来十年结束之前，无芯片标签的 场将达到 60。这就是我们考虑无芯片成为下一个 沿的原因。