基于导体结构自然谐振的无芯片射频识别标签

社会对廉价的射频识别标签需求量巨大，相对现有的有芯片标签，无芯片标签更有可能降低成本，因此是射频识别技术急需的重要研究方向。本项目试图利用导体结构的自然谐振特性，将它对超宽带冲激电磁波的散射场通过极点展开法映射成极点和留数，揭示标签结构和其它因素与极点和留数的关系，探索将这种关系应用于无芯片射频识别标签，建立一种新的编码机制和检测方法：标签数据嵌入在结构的自然谐振中，通过散射场的极点分析获取数据，留数也可能感测其它的信息。基于该机制的标签不需要传输线、集总元件和换能元件来调制散射信号，因而无额外的组件损耗，而且可能构成集射频识别与无线传感的多功能器件。该项目的成功实施对采用巨量射频识别标签的物联网发展有重要意义。

随着物联网时代的到来，射频识别技术的应用范围越来越广泛，而现有电子标签较高的成本阻碍了它的应用普及。无芯片标签是解决该问题的一个新生方向，在这个领域内一切都有待探索，本项目的研究结果就是一个有益的尝试。本项目提出的无芯片标签是不包含任何其他组件的导体结构，利用导体在特定频点上的谐振特性，以不同物理参数谐振单元组合的方式产生特定的散射场特征，实现对不同导体结构标签的识别。当导体受到电磁波照射时，会产生后向散射，后向散射电磁场是入射波、导体几何结构和环境的函数。如果人为地设计选择一些导体几何结构，它们的电磁波散射响应特征具有唯一性且清晰可辨，那么这些结构就可以用作无芯片RFID标签，本项目的研究表明该原理是可行的。项目对多种无芯RFID理想导体标签结构进行电磁散射场仿真，得到了大量与标签结构对应的散射场频域分布，结果表明散射场的频域分布与标签几何结构有对应的关系，可以用于标签的识别。提出基于散射场极点特征的标签目标识别方法，极点是标签目标谐振区最可依赖也是最重要的特征，仿真结果表明各种标签几何结构与散射场的复频域极点分布有一一对应的关系，且复频域的极点分布几乎不随激励电磁波的极化方式和入射方位变化，这表明基于极点的识别方法具有鲁棒性。进行了衬底介质材料对标签散射场影响的仿真分析，结果表明：随着介质厚度及其相对介电常数的增大，谐振极点的衰减因子及谐振频率将呈现变小的趋势，极点分布以类S型曲线向坐标原点靠近。在极点提取方面，本项目采用矩阵束算法并基于MATLAB进行实现，通过遍历求解的方法确定了主要参数信号极点模数M及SVD 参数P的正确取值，提高了矩阵束算法抑制噪声的能力。