集成传感器的无芯片RFID标签研究

集成传感器的无芯片RFID标签是目前无线传感器网络领域的研究热点。本课题采用创新性的天线结构，把SAW传感器集成到无芯片RFID标签上。提出一种谐振型SAW传感器的反向散射信号幅值检测方法，以及一种延迟线型SAW传感器的反向散射信号相位检测方法，解决了使用统一的连续载波反向散射工作原理实现无芯片RFID标签ID识别和传感功能的问题。课题预期实现一种谐振型的无芯片传感器标签，采用频率编码工作在超宽带频谱上；预期实现一种延迟线型的无芯片传感器标签，采用频率/相位联合编码工作在窄带ISM频段上；并给出上述两种无芯片传感器标签配套的阅读器系统电路设计。本课题的研究在无芯片RFID标签领域尚属首创，预期研究成果将成为现有传感器节点和硅芯片传感器标签技术的一种重要补充，应用前景广阔。

本项目顺利实施完成，共取得了3篇专利，4篇SCI检索期刊论文和2篇EI检索期刊论文。其取得的成果包括以下几个方面：无芯片RFID标签设计，RFID阅读器天线系统研究，以及基于连续载波后向散射的传感方法研究。首先,我们提出了两种类型的无芯片RFID标签。一种采用了在微带线上的多个谐振单元形成的带阻结构，另一个则是使用了具有双极化特性的正交十字结构。这两种无芯片RFID标签都是通过信号频率编码的形式在超宽带频谱上实现识别功能。其次,我们提出了近场RFID阅读器架构和具有高度收发隔离的双圆极化RFID阅读器前端设计。我们实现了带有寄生单元的折叠偶极子近场阅读器天线结构。寄生单元的尺寸可以用来调节天线工作在不同的超高频RFID频段上，例如样品带宽约为13.5MHz。另一种近场阅读器天线架构则是由两个SRR组成。样品带宽约为13MHz。我们提出了一个创新的双圆极化阅读器天线：由一条在地板下方的环形微带线连接着天线的两个端口，在地平面上方的辐射状缝隙则提供了电磁场从微带线耦合到辐射面的路径。我们可以通过调节辐射缝隙的尺寸来调节天线匹配不同地区的RFID频谱。最后，样品显示-10dB匹配带宽达到18%,-3dB轴向比率(AR)带宽达到11%,-25dB隔离带宽达到11MHz。另一种提出的方案则是由辐射面，地面以及带有独立收发两个端口的分支线耦合器(BLC)组成。分支线耦合器通过地面上的两个H型缝隙提供了双极化的辐射，而两个收发端口之间的-25dB隔离带宽达到65MHz(864-929MHz)。还有一种更创新的基于倒F天线（PIFA）的宽频带双圆极化阅读器系统也被提出。带有箭状缝隙的矩形边角突起的地板缺陷结构（DGS）赋予了PIFA宽圆极化特性。而两个圆极化PIFA天线沿着DGS地板的对角线呈对称分布，同时在对角线的两端都放置了矩形边角突起，可以使得这两个PIFA的匹配带宽达到16.3%,-3dB轴向比率(AR)带宽达到15.5%,以及-25dB隔离带宽达到12.4%。最后,我们提出一个新颖的传感方法,利用连续载波反向散射实现远距离的位移和角度传感。原理是用圆极化载波去激励标签，然后基于标签响应的接收信号相位来分析物体的相对位移和相对角度。实验结果显示，在载波半波长范围内，标签返回信号的相位分别与物体的相对位移和相对倾角呈现线性关联。