隨著射頻識別RFID(Radio Frequency Identification) 技術(shù)的發(fā)展及物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，射頻識別標簽在生活中的應(yīng)用將越來越廣泛[1]。傳統(tǒng)電子標簽的功率需求大、單片價格高、工作距離短等問題是制約電子標簽大力發(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簽的研究[2-4]。

    目標極點是雷達系統(tǒng)中實現(xiàn)目標識別的重要參數(shù)。在諧振域，目標的瞬態(tài)電磁散射響應(yīng)可以由其自然諧振極點以極點展開法SEM(Singularity Expansion Method)[5]的形式來表征。無芯標簽內(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)，可以通過標簽結(jié)構(gòu)對入射電磁波的散射特性提取標簽極點，實現(xiàn)目標識別。矩陣束算法有較強的數(shù)據(jù)擬合及噪聲抑制能力，在極點提取算法中得到廣泛應(yīng)用[6-7]。
    復(fù)平面(S平面)內(nèi)的極點分布能提供目標的基本形狀、尺寸、組成材料等識別信息，因此，極點特性的準確提取是目標識別的決定因素。無芯片射頻標簽極點參數(shù)的準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簽為研究對象，通過對導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的極點提取，分析了電介質(zhì)作為標簽襯底對極點分布特征的影響。

    圖3中的極點數(shù)目對應(yīng)標簽結(jié)構(gòu)中的諧振單元數(shù)目，每個極點參數(shù)取決于諧振單元的諧振特性，不同標簽結(jié)構(gòu)的極點分布狀態(tài)不同。
2 標簽極點分布的影響因素
    無芯標簽極點是實現(xiàn)標簽識別的重要參數(shù)，本文探討了電介質(zhì)材料（介質(zhì)厚度、相對介電常數(shù)）對無芯標簽極點分布的影響。
2.1介質(zhì)厚度對極點分布的影響
    對圖1所示的標簽結(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對極點分布的影響。

    由圖5可知，隨著d的增加，標簽結(jié)構(gòu)對應(yīng)的極點分布以類S型曲線向坐標原點靠近，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。當為標簽加上無耗介質(zhì)襯底后，由于金屬標簽相對表面減小，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，為了獲得無芯標簽較為明確的極點分布，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，分析介質(zhì)相對介電常數(shù)e對目標極點分布的影響。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)標簽施加相同的源激勵，在相同的頻率范圍內(nèi)，圖6給出了相應(yīng)的極點分布規(guī)律。
    由6可以看出，相對介電常數(shù)對標簽極點分布的影響與介質(zhì)厚度的影響基本一致。隨著相對介電常數(shù)的不斷增加，極點分布狀態(tài)仍以類S曲線向坐標原點靠近，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)對標簽極點分布均有影響，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簽為載體進行的，然而對其他目標結(jié)構(gòu)[8-9] 的分析也能得到類似的結(jié)果。
    極點特征是目標識別方式的重要參數(shù)，極點提取的準確性受到目標結(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簽為依托，結(jié)合實際應(yīng)用需求，主要分析了無耗電介質(zhì)參數(shù)對標簽結(jié)構(gòu)極點分布的影響。研究結(jié)果對通過目標極點分布規(guī)律選擇適當?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簽在RFID系統(tǒng)中的應(yīng)用。
參考文獻
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