一种标准印刷工艺下印刷模拟射频标签的电磁防伪应用

摘要

一种标准印刷工艺下印刷模拟射频标签的电磁防伪应用，先印刷模拟射频标签的制作：再通过阅读器对所对应的编码进行读取，印刷模拟射频标签电路先给定微波辐射条件下，设计十种式样的印刷模拟电路；每样电路对应于从‘0’到‘9’十位数字中的一位数字；再每种电路的电磁特征均包括主谐振中心频率特征和次谐振频率的相位特征对每种电路电磁响应特征的编码方法如下：在主谐振响应模态下的中心频率值对应于相应的零到九数字，而在次谐振响应模态下的频率-相位的正负值进行二进制编码；本发明通过标准印刷工艺印制在钞券上，从而实现其防伪功能以及连续快速读出其编码的功能，以满足基于钞券防伪的数字化系统设计和在线快速检测要求。

说明书

技术领域

本发明涉及防伪方法和检测技术领域，特别涉及一种标准印刷工艺下印刷模拟射频标签的电磁防伪应用，具体为一种无芯片的射频识别标签模拟电路的电磁特征及编码技术的钞券防伪和过数的装置。

背景技术

改革开放以来，防伪技术在我国安全印刷领域已取得了长足的进步，并钞票、邮票、护照、签证、电子门票、防伪标识、防伪票证、有价证券、银行重要凭证和防伪印章等形式在该领域得到广泛应用。随着科技的进步和经济的发展，伪劣假冒商品对名优商品冲击浪潮的不断增强,防伪技术进一步应用于商品包装领域,极大的方便了人民的日常生活和工作，同时，也对防伪技术提出了更高的要求。

在防伪印刷工艺领域，应用内容已相当丰富，而且各种新的防伪印刷技术和防伪新材料仍在不断产生。例如，在钞券上的应用主要有防伪纸张、水印、磁性油墨、安全线、对印技术和凹版印刷等主要技术；此外，为了机器验钞券的防伪检测提供技术支持而发展的磁性油墨、光变油墨和荧光油墨等印刷技术。然而，随着电子防伪印刷领域的快速发展及其良好的社会和经济效益，对防伪印刷技术和防伪新材料的机读性能提出了更高的要求。目前已成功将磁性油墨印刷及其检测技术用于钞券的防伪和将特种防伪印刷技术与RFID技术（无线射频识别技术）实现有机结合并应用于电子防伪印刷领域。当前，磁性油墨的适印性较好，但难于对所印刷的少量磁性油墨的分布进行定量检测，从而影响其防伪性能；而后者则植入无线射频识芯片，无法用于标准印刷条件下钞券印刷工艺；为此，一种无芯片的射频识别标签模拟电路的电磁特征及编码技术的钞券防伪方法及实现该方法的系统则亟待产生。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种标准印刷工艺下印刷模拟射频标签的电磁防伪应用，利用特定样式的模拟电路的电磁特征，电磁特征包括主谐振中心频率和次谐振频率-相位，并对该电路特征进行数字化编码，使得该电路系统可以被阅读器识别以及数据存取功能。

一种标准印刷工艺下印刷模拟射频标签的电磁防伪应用，包括以下步骤：

步骤一、印刷模拟射频标签的制作：

采用标准丝网或胶印或凹印印刷工艺把导电材料按照事先设计好的模拟射频标签电路图案转移到承印物外表面或内部；承印物的材料是适印性强的非金属材料，非金属材料包括塑料、纸张、PET、PP、纤维板、木材、玻璃、橡胶、低成本陶瓷片；导电材料包括导电油墨或导电银浆料；

或者，把模拟射频标签电路图案加工成掩码模块，并通过磁控溅射方法把金属靶材转移到承印物上，金属靶材包括金、银、铜、铝和镍；

或者，通过RFID蚀刻天线或化学沉积方法进行低成本批量制作；

步骤二、通过阅读器对该电磁特征所对应的编码进行读取，以期实现其防伪应用。

所述的模拟射频标签电路图案设计具体为：设计出十种式样的印刷模拟电路式样，每种电路式样的主谐振中心频率特征f₀，f₁，f₂，…，f₈和f₉分别对应于十进制中的从0到9的十位数字中的一位数字；而每种电路的次谐振频率具有四种相位特征φ_j,j=1,2,3,4是视为冗余信息，作为校验阅读器的读出信息的可靠性，对每种电路电磁响应特征的具体编码方法如下：在主谐振响应模态下的中心频率值对应于相应的0到9的数字，而在次谐振响应模态下的频率-相位的正负值进行二进制编码0和1，其次，为了确定编码的序列是正序还是逆序的，需要在编码序列的首尾处分别增加两个具有固定中心频率值f_H和f_E的方形式样的模拟标签；其中，f_H和f_E表示的是正序和逆序的起始标签。

所述阅读器系统包括射频发射模块和射频接收模块，采用的微波发射功率在几毫瓦到几十毫瓦之间，频率范围3～20GHz，根据不同基体材料和模拟电路样式以适当调节；或者阅读器用矢量网络分析仪代替，通过矢量网络分析仪直接对印刷在一般承印物材料内的标签天线测量，得到每种标签天线在自由空间中的阻抗图，阻抗图中阻抗的插入损耗S11随频率源的扫描频率产生变化。

本发明的一般承印物材料有纸张类材料（钞券），聚合物材料和塑料如PET，聚酰胺等材料，其厚度一般较薄且介电材料较低（其相对介电常数约在2～5之间），对阅读器系统发射的空间电磁波（入射电磁波）可以完全穿透的；因此，对给定的承印物材料，所印刷的模拟射频标签的电磁特征(编码)完全取决于在基体材料表面形成具有特定电磁谐振、反射和散射特征复杂的空间电磁链路系统/射频电路系统；反映了承印物材料上组成模拟射频标签样式(编码)的导电油墨形成天线与阅读器系统发射的空间电磁波的相互作用（包括谐振、反射和散射现象），该特征由可被阅读器的射频接收模块识别。需要强调的是本发明所述的标准印刷工艺包括了单次或多次印刷过程，即按照事先设计好的式样把导电材料转移到承印物上，以形成单层或多层结构的印刷模拟射频标签。与无印刷导电油墨部分或无天线部分的基体材料相比，该射频电路的电磁特征完全取决于基体材料的电磁特性、所印刷的导电油墨的样式、导电油墨的电磁特性和阅读器系统发射的电磁场的特征。对于给定导电油墨材料和阅读器的给定电磁辐射条件下，该电磁特征仅取决于所印刷电路的样式设计，而且具有可被阅读器系统识别的频率响应特征。具体地说是通过对印刷电路的样式设计使得该电路与空间辐射电磁场相互耦合，并具有多点谐振的频率响应特性（主谐振和次谐振），该特性是与物理电路特征一一对应，从而达到可被识别的功能。

本发明的承印物及模拟射频标签电路并不包含射频标签芯片，其可识别特征也不是由RFID标签芯片存储的二进制编码决定；为了区别RIFD标签芯片的射频电路系统（数字标签电路系统），把该印刷电路系统称为模拟标签电路系统。与RIFD标签芯片系统不同的是模拟标签电路的编码不再需要存储，而是对应于其独有的频率响应特征。根据本发明可实现把所需要印制在钞券上的编码以模拟电路的方式，通过标准印刷工艺印制在如纸张或钞券等介质上，从而实现其防伪功能以及连续快速读出其编码的功能，以满足基于钞券防伪的数字化系统设计和在线快速读取要求。

附图说明

图1为本发明的实现无芯片射频标签编码识别的硬件组成系统。

图2为印刷在纸张基体材料上0到9数字所对应的印刷模拟电路样式图。

图3为0到9十个数字的模拟电路样式，编码及其谐振曲线三者对应关系。

图4为在钞卷上印刷上编码为“2186”的电路式样的位置。

图5为本发明在钞卷所在的位置印刷编码为“2186”的电路式样。

图6为本发明装置对图编码为“2186”的电路式样测量得到的谐振曲线图，其中图6A为编码2的电路式样测量得到的谐振曲线图，图6B为编码1的电路式样测量得到的谐振曲线图，图6C编码8的电路式样测量得到的谐振曲线图，图6D编码6的电路式样测量得到的谐振曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的作更详细的说明。

一种标准印刷工艺下印刷模拟射频标签的电磁防伪应用，包括以下步骤：

步骤一、印刷模拟射频标签的制作：

采用标准丝网或胶印或凹印印刷工艺把导电材料按照事先设计好的模拟射频标签电路图案转移到承印物外表面或内部；承印物的材料是适印性强的非金属材料，非金属材料包括塑料、纸张、PET、PP、纤维板、木材、玻璃、橡胶、低成本陶瓷片；导电材料包括导电油墨或导电银浆料；

或者，把模拟射频标签电路图案加工成掩码模块，并通过磁控溅射方法把金属靶材转移到承印物上，金属靶材包括金、银、铜、铝和镍；

或者，通过RFID蚀刻天线或化学沉积方法进低成本批量制作；

步骤二、通过阅读器对该电磁特征所对应的编码进行读取，以期实现其防伪应用。

所述的模拟射频标签电路图案设计具体为：设计出十种式样的印刷模拟电路式样，每种电路式样的主谐振中心频率特征f₀，f₁，f₂，…，f₈和f₉分别对应于十进制中的从0到9的十位数字中的一位数字；而每种电路的次谐振频率具有四种相位特征φ_j,j=1,2,3,4是视为冗余信息，作为校验阅读器的读出信息的可靠性，对每种电路电磁响应特征的具体编码方法如下：在主谐振响应模态下的中心频率值对应于相应的0到9的数字，而在次谐振响应模态下的频率-相位的正负值进行二进制编码0和1，其次，为了确定编码的序列是正序还是逆序的，需要在编码序列的首尾处分别增加两个具有固定中心频率值f_H和f_E的方形式样的模拟标签；其中，f_H和f_E表示的是正序和逆序的起始标签。

所述阅读器系统包括射频发射模块和射频接收模块，采用的微波发射功率在几毫瓦到几十毫瓦之间，频率范围3～20GHz，根据不同基体材料和模拟电路样式以适当调节；或者阅读器用矢量网络分析仪代替，通过矢量网络分析仪直接对印刷在一般承印物材料内的标签天线测量，得到每种标签天线在自由空间中的阻抗图，阻抗图中阻抗的插入损耗S11随频率源的扫描频率产生变化。

如图1揭示了一种模拟射频标签的电磁防伪阅读器系统的结构示意图，包括：上位机1，接口2，单片机3，频率源4，功率放大器5，检波器6，阅读器的信号发射模块7和阅读器的射频接收系统10-12，而被检测对象包括印刷在基体内部的模拟射频标签8和被测基体材料9，其中，上位机1通过接口2与单片机3进行通信，上位机1向单片机3读取测试结果以及发送控制命令；单片机3向频率源4发送扫描频率的起止频率信号，通过功率放大器5进行功率放大再连接至阅读器的信号发射模块7，并对被测试对象进行读取标签信息，通过射频接收系统（10-12）拾取标签信号后再放大器和检波器返回到单片机3和上位机1。射频接收系统10-12是通过微波谐振原理进行工作的，其核心是由耦合探针10、调配器11和衰隔离器12等器件组成的微波信号处理系统，该系统可以实现对射频发射信号与接收信号的频率和相位变化进行测量，是模拟射频标签的钞券防伪装置的核心部分。阅读器的信号发射系统（包括模块1-7）可由商用的矢量网络分析仪来替代；即通过矢网或自制的系统来发射的频率扫描信号与印刷在承印物上的模拟射频标签产生相互耦合的微波谐振信号，该信号与发射信号之间的频率和相位变化可被射频接收系统识别并转化为相应的数据/编码显示，以实现防伪目的。将有源微波谐振腔运用到射频标签的钞券防伪检测上，此微波谐振系统既是传感器,又是振荡器的一个组成部分：由有源微波谐振腔控制发射指定频率微波信号通过被测基体材料和印刷在基体内部的模拟射频标签时将与模拟射频标签形成谐振，使得回波信号的频率偏移以及携带具有特定电磁特征的微波信号及其在阅读器接收电路的接地金属底板产生全发射信号可以射频接收系统识别射频信号微处理器电路识别得到谐振中心频率f_i(i=1,2,...,9,10)及相位电磁特征；该特征经过阅读器的微处理器电路转化为f_i所对应的编码数字(0～9)显示或将各防伪电子标签的编码存储在计算机上。

图2所示的是本发明提出的在承印物上印刷的模拟电子标签的式样与十进制编码之间的对应关系；而图3所示的是阅读器系统测定的谐振中心频率f_i(i=1,2,...,9,10)与模拟电子标签的式样和编码三种之间一一对应关系。其中，每种标签的直径尺寸为5mm，而缝隙的宽度固定为0.2mm。

在实施过程中，微波谐振系统的阅读器部分（图1中的部件8-12）可以固定在可调节高低的装置上，使其与被测板材之间的距离可以固定,被检测对象（基体材料9和模拟射频标签8）以一定速度v从阅读器信号接收模块的上方通过，实时监测频率偏移f和相位偏移。当谐振频率发生偏移时说明所测对象存在模拟射频标签，然后把此信息转换为编码数字方式显示或将各防伪电子标签的编码存储。

下面结合实施例对本发明的一种利用微波检测的方法及其装置的检测方法做详细描述。

根据本发明一实施例是采用缝隙圆环谐振（SRR）电路原件来实现数字从0到9的编码，所对应的编码关系如图2所示0=“0000”、1=“0001”、2=“0010”、3=“0011”、4=“0100”、5=“0101”、6=“0110”、7=“0111”、8=“1000”、9=“1001”，不同标签的ID通过不同的电磁相应来实现，其中标签0～9所对应的电磁特征如图3所示，其中标签的直径尺寸为5mm，缝隙的宽度固定为0.2mm,不同标签具有不同的电磁响应特征，从而对标签进行编码识别，图3标签工作频率范围从10GHz～18GHz，例如编码“0000”对应标签在整个频段全反射，回波损耗为0dB附近；标签“0101”对应两个工作频点12.5GHz和15GHz，回波损耗分别是-22dB和-34dB。

根据本发明另一实施例所示，在纸币大小（165mm×77mm）右上角位置通过丝网印刷上如图4、5、6所示采用缝隙圆环谐振环（SRR）电路原件以实现数字编码“2186”。图中共采用上述标签中的“0010”、“0001”、“1000”以及“0110”四个谐振单元，通过对四个编码的电磁检测，可以顺序读出13.3GHz、12.5GHz、15.5GHz、以及两个频点13.3GHz和15GHz四个编码信息，从而实现“2186”的数字编码。