《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置：首頁 > 通信與網(wǎng)絡(luò) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 折疊偶極子陣列無芯標(biāo)簽極點(diǎn)特性分析
折疊偶極子陣列無芯標(biāo)簽極點(diǎn)特性分析
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2013年第5期
何 毅1, 徐 利2, 鄒傳云2
1. 西南科技大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)信息中心，四川 綿陽 621010,； 2. 西南科技大學(xué) 信息工程學(xué)院,，四川 綿陽 621010
摘要： 標(biāo)簽極點(diǎn)提取的準(zhǔn)確性受多種因素影響，以折疊偶極子陣列無芯標(biāo)簽為研究對象,，開展無耗電介質(zhì)材料(厚度,、相對介電常數(shù))對其極點(diǎn)分布的特性分析。仿真結(jié)果表明,，隨著介質(zhì)厚度及其相對介電常數(shù)的增大,，諧振極點(diǎn)的衰減因子及諧振頻率將呈現(xiàn)變小的趨勢，極點(diǎn)分布以類S型曲線向坐標(biāo)原點(diǎn)靠近,。
中圖分類號： TN911.6
文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
文章編號： 0258-7998(2013)05-0111-03
Pole characteristic analysis of folded dipole array-based chip-less tag
He Yi1, Xu Li2, Zou Chuanyun2
1. Network Information Center, South-West University of Technology and Science, Mianyang 621010, China; 2. Information Engineering School, South-West University of Technology and Science, Mianyang 621010, China
Abstract： The accuracy of the tag pole extraction is affected by many factors, and the pole distribution characteristics of lossless dielectric media materials (thickness, relative permittivity) is analyzed. Using folded dipole array chipless tags as a research object. Simulation results show that the damping coefficient and resonance frequency of resonance pole tend to decrease while the pole distribution performed S-shaped similar curve close to axis origin with the dielectric thickness and relative dielectric constant increases.
Key words : RFID; chip-less tag; dielectric material; pole characteristic

    隨著射頻識別RFID(Radio Frequency Identification) 技術(shù)的發(fā)展及物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來,，射頻識別標(biāo)簽在生活中的應(yīng)用將越來越廣泛[1]。傳統(tǒng)電子標(biāo)簽的功率需求大,、單片價(jià)格高,、工作距離短等問題是制約電子標(biāo)簽大力發(fā)展的瓶頸所在。針對這些問題,，國內(nèi)外已有很多學(xué)者展開對無芯片射頻標(biāo)簽的研究[2-4],。

    目標(biāo)極點(diǎn)是雷達(dá)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識別的重要參數(shù)。在諧振域,，目標(biāo)的瞬態(tài)電磁散射響應(yīng)可以由其自然諧振極點(diǎn)以極點(diǎn)展開法SEM(Singularity Expansion Method)[5]的形式來表征,。無芯標(biāo)簽內(nèi)部不包含任何集成芯片及連接組件，是一種特定的金屬結(jié)構(gòu),，可以通過標(biāo)簽結(jié)構(gòu)對入射電磁波的散射特性提取標(biāo)簽極點(diǎn),，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識別。矩陣束算法有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)擬合及噪聲抑制能力,，在極點(diǎn)提取算法中得到廣泛應(yīng)用[6-7],。
    復(fù)平面(S平面)內(nèi)的極點(diǎn)分布能提供目標(biāo)的基本形狀、尺寸,、組成材料等識別信息,，因此，極點(diǎn)特性的準(zhǔn)確提取是目標(biāo)識別的決定因素,。無芯片射頻標(biāo)簽極點(diǎn)參數(shù)的準(zhǔn)確提取一方面受算法精度的影響(這可通過優(yōu)化算法[6]的方法實(shí)現(xiàn)),；另一方面受到無耗電介質(zhì)材料(介質(zhì)厚度、相對介電常數(shù))的影響,。本文以折疊偶極子陣列無芯標(biāo)簽為研究對象,，通過對導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的極點(diǎn)提取，分析了電介質(zhì)作為標(biāo)簽襯底對極點(diǎn)分布特征的影響,。

    圖3中的極點(diǎn)數(shù)目對應(yīng)標(biāo)簽結(jié)構(gòu)中的諧振單元數(shù)目,，每個(gè)極點(diǎn)參數(shù)取決于諧振單元的諧振特性，不同標(biāo)簽結(jié)構(gòu)的極點(diǎn)分布狀態(tài)不同,。
2 標(biāo)簽極點(diǎn)分布的影響因素
    無芯標(biāo)簽極點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽識別的重要參數(shù),，本文探討了電介質(zhì)材料（介質(zhì)厚度、相對介電常數(shù)）對無芯標(biāo)簽極點(diǎn)分布的影響,。
2.1介質(zhì)厚度對極點(diǎn)分布的影響
    對圖1所示的標(biāo)簽結(jié)構(gòu)加上無耗電介質(zhì)襯底(如圖4),，分析不同介質(zhì)厚度d對極點(diǎn)分布的影響。

    由圖5可知,，隨著d的增加,，標(biāo)簽結(jié)構(gòu)對應(yīng)的極點(diǎn)分布以類S型曲線向坐標(biāo)原點(diǎn)靠近，其衰減因子?琢i和諧振頻率ωi呈現(xiàn)變小的趨勢,。
    衰減因子αi是由目標(biāo)表面及內(nèi)部介質(zhì)體的損耗引起的,，導(dǎo)體表面越大,，衰減越大。當(dāng)為標(biāo)簽加上無耗介質(zhì)襯底后,，由于金屬標(biāo)簽相對表面減小,，加上介質(zhì)體的低損耗特性，使得衰減因子ωi變小,。
　　圖5表明,，在本文的參數(shù)設(shè)置下，為了獲得無芯標(biāo)簽較為明確的極點(diǎn)分布,，介質(zhì)材料選定后,，介質(zhì)厚度d可在0.1 mm~0.3 mm范圍內(nèi)。
2.2 相對介電常數(shù)對極點(diǎn)分布的影響
    相對介電常數(shù)是介質(zhì)體的重要參數(shù)之一,，本節(jié)將在介質(zhì)襯底厚度d一定時(shí),，分析介質(zhì)相對介電常數(shù)e對目標(biāo)極點(diǎn)分布的影響。設(shè)定d=3 mm,，相對介電常數(shù)e從0~6以步長2遞增,。對圖4所示的介質(zhì)標(biāo)簽施加相同的源激勵(lì)，在相同的頻率范圍內(nèi),，圖6給出了相應(yīng)的極點(diǎn)分布規(guī)律,。
    由6可以看出，相對介電常數(shù)對標(biāo)簽極點(diǎn)分布的影響與介質(zhì)厚度的影響基本一致,。隨著相對介電常數(shù)的不斷增加,，極點(diǎn)分布狀態(tài)仍以類S曲線向坐標(biāo)原點(diǎn)靠近，衰減因子ωi和諧振頻率?棕i也呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢,。

 

 

    圖6表明,，在介質(zhì)體厚度不變的情況下，相對介電常數(shù)e介于2~4之間,能得到較為明確的極點(diǎn)分布規(guī)律,。
    以上結(jié)果表明,，介質(zhì)體厚度及相對介電常數(shù)對標(biāo)簽極點(diǎn)分布均有影響，后者較前者的影響更大,。需要指出的是,，以上分析是以折疊偶極子陣列無芯標(biāo)簽為載體進(jìn)行的，然而對其他目標(biāo)結(jié)構(gòu)[8-9] 的分析也能得到類似的結(jié)果,。
    極點(diǎn)特征是目標(biāo)識別方式的重要參數(shù),，極點(diǎn)提取的準(zhǔn)確性受到目標(biāo)結(jié)構(gòu)、入射波頻率,、提取算法,、使用環(huán)境等多種因素的影響。本文以折疊偶極子陣列無芯標(biāo)簽為依托,，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求,，主要分析了無耗電介質(zhì)參數(shù)對標(biāo)簽結(jié)構(gòu)極點(diǎn)分布的影響,。研究結(jié)果對通過目標(biāo)極點(diǎn)分布規(guī)律選擇適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)載體材料具有重要指導(dǎo)意義，在某種程度上這將有助于推動無芯標(biāo)簽在RFID系統(tǒng)中的應(yīng)用,。
參考文獻(xiàn)
[1] 董麗華,等編著. RFID技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,，2008.
[2] MUKERJEE S. Chipless radio frequency identification by  remote measurement of complex impedance[C]. in Wireless  Technologies,2007 European Conference on, 2007:249-252.
[3] PRERADOVIC S. BALBIN I, KARMAKAR N C, et al. A  novel chipless RFID system based on planar multiresonators  for barcode replacement[C]. 2008 IEEE International Conference on RFID, Nevada USA April 16-17, 2008:289-296.
[4] MANTEGHI M, SAMII Y R. Frequency notched UWB elliptical dipole tag with multi-bit data scattering properties[C]. in Antennas and Propagation Society International  Symposium, 2007 IEEE, San Diego, CA, 2007:789-792.
[5] BAUM C E. The singularity expansion method: Background and developments[J].Antennas and Propagation Society Newsletter, IEEE. 1986(28):14-23.
[6] WANG S,GAUN X, WANG D, et al.  Application of matrix pencil method for estimating natural resonance of scatters[J]. Electronics Letters, 2007(43):3-5.
[7] GRANT L L. Comparison of matrix pencil and prony analysis for estimating electromechanical modes in noisy signals  for power system applications[D]. MS Thesis,Missouri University of Science & Technology, Rolla, 2011.
[8] BLISCHAK A, MANTEGHI M. Pole residue techniques for chipless RFID detection[C]. in Antennas and Propagation Society International Symposium, 2009. APSURSI′09.IEEE, 2009:1-4.
[9] CHAUVEAU J, BEAUCOUDREY N, SAILLARD J. Selection of contributing natural poles for the characterization of perfectly conducting targets in resonance region[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2007,55(9).

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng)，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載,。