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射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术可应用于物联网(Internet of Things,IoT)领域,在身份识别、物流追踪以及智能传感等方面发挥重要作用,已成为学术界研究热点。目前,广泛应用于商业市场的RFID标签主要分为有源标签和集成硅芯片的无源标签,这两类标签的大批量制作成本较高,限制了RFID技术的普及与发展。所以,具有低成本优势的无芯片RFID标签的概念被提出。无芯片标签的设计除了需要考虑标签的编码容量与尺寸大小之外,能否在实际环境中实现对标签的准确阅读亦非常重要。由于变极化(depolarizing)技术可以提高标签检测的鲁棒性,对变极化无芯片RFID标签的研究具有重要的应用价值和实际意义。在国家自然科学基金(No.61372008)、广东省科技计划(No.2014A010103014,No.2015B010101006)等项目的支持下,本论文研究了超宽带变极化无芯片RFID标签的工作原理、建模以及设计。主要包含以下内容:(1)结合电磁散射和雷达散射截面等理论分析了无芯片RFID标签的工作原理,并总结了变极化标签的工作机理以及设计思路。(2)基于类环结构的变极化无芯片RFID标签的设计:设计了一款工作于4–9.5 GHz UWB频段的变极化无芯片标签。通过采用两端弯折的偶极子谐振单元达到变极化效果。利用中心对称的双单元类环结构以及嵌套式分布的4组谐振单元,在实现了紧凑结构的同时保证了交叉极化方向上有较强的回波信号以便于标签在实际环境中的检测。该标签尺寸为21 mm×22 mm×0.8 mm。采用频移编码(Frequency Shift Encoding,FSE)使得单组谐振单元在900 MHz带宽下可编码4比特,因此4组谐振单元一共可编码16比特。最终,对标签进行了的实物加工并在实际环境中进行了检测,实测结果与理论分析及仿真结果一致。(3)加载微扰结构的圆环变极化无芯片RFID标签的设计:标签通过在基础的圆环谐振结构内圈加载两个半开口的槽状微扰结构以实现变极化功能,每两个环谐振器一组嵌套分布,六个环谐振器形成三组嵌套结构从而构成一个完整标签并工作于4–10 GHz UWB频段,标签尺寸为55 mm×20 mm×0.8 mm。通过改变圆环半径长度实现FSE编码,使得每个环能够覆盖至少900 MHz带宽并编码4比特,整个标签可实现24比特编码。最后,对所设计的标签进行了实物制作,并且在实际环境中对该变极化标签的性能进行了测试,实测结果与理论分析和仿真结果相吻合。(4)应用于湿度传感的变极化无芯片RFID标签设计:利用多耦合“Z”形谐振器在两个交叉极化方向(V-H和H-V方向)上实现了双向变极化。该双向变极化标签工作频段为4.5–7.5 GHz,表面尺寸为20 mm×20 mm。在H-V方向上,两个水平放置的多耦合“Z”形谐振器作为传感器ID编码单元,并采用FSE编码实现了6比特的ID编码容量;在V-H方向上,两个竖直放置的多耦合“Z”形谐振器作为湿度敏感单元,交叉极化方向上的两个谐振峰都用于判别湿度变化情况,有利于降低实际应用中的湿度检测误差。利用双向变极化实现了对5–7 GHz频段的频谱复用。并且标签具有变极化特性,可以提升传感器在实际环境中的检测的鲁棒性。