折叠偶极子阵列无芯标签及其识别

射频识别(RFID)是一种通过使用无线电波实现远程标签的识别和身份验证的技术手段。目前，RFID的应用已经深入到日常生活的各个角落，典型应用集中在检票、 道路收费、物流、畜牧业和库存管理等方面[1]。市场上应用最广、销售量最大的标签是工作在各种频段的被动式标签。这种系列的标签虽然其销量取得了巨大的增长，但是由于读写距离、功率需求及单位成本的限制，阻碍了它们的进一步发展[2]。传统标签的单位价格除了内置集成芯片和天线外,还取决于天线与内置芯片的连接封装工艺水平。即使是使用由廉价基质和喷墨打印技术制造的低成本天线,天线与RFID标签内置芯片的可靠连接以及封装仍然是制约标签单位价格降低的瓶颈所在。

一种有效降低标签成本的方法是考虑无芯RFID标签[3-5]。该类标签除了散射体结构外不使用任何中间件及额外组件，标签编码数据存储在导体结构中，因此不需要硅芯片存储数据。同时减少了因芯片与接收天线的组装带来的成本问题，与传统标签相比，其价格能大幅降低。

国内外已有很多对无芯标签的研究，参考文献[6]中介绍了具有陷波频率的椭圆偶极子标签的多比特散射特性，通过在椭圆偶极子标签上人为地引入凹槽，改变导体散射场频域特性，实现无芯标签的识别。参考文献[7]介绍了4 bit电磁编码的可打印微型无芯标签，用于以纸质和塑料为依托的物品。Jalaly等[8]提出了具有带通和带阻效应的微带偶极子谐振体阵列作为射频条形码标签，通过改变谐振体的谐振频率并观察特定频率点上谐振的有无进行数据编码。

结合以上分析，本文提出了一种基于目标极点识别的折叠偶极子阵列无芯标签。这类标签结构简单，除了散射体结构外不含其他组件。通过对标签结构的瞬态响应进行极点提取，并根据极点分布规律进行数据编、解码，实现标签识别。

1 基本谐振单元

任何金属结构都能以独特的方式对入射平面波发生散射。无芯标签本质上是一种金属散射体结构，当受到源激励时，能散射出与自身结构有关的特定频率特性。因此，数据可以编码在标签结构中，并从其后向散射场中恢复出来。

图6中，极点个数对应编码组合中的1数目，亦即谐振单元个数;不同谐振单元构成的标签结构对应着不同的极点分布。因此，一旦获得标签极点分布规律即可实现对标签的识别。

相同位置的极点不能完全重合，这是由于谐振单元相邻谐振臂之间的耦合作用引起的;而谐振单元之间的相互独立性使得谐振中心频率保持不变。表2给出了图5中极点参数的数值分析。

由于极点的特殊性，利用极点分布而非频域响应进行数据编码，不仅方便对离散参数而非连续波形进行数据处理，同时保证了编码数据对激励源和观察位置的不敏感性。

本文提出了一种折叠偶极子阵列无芯标签，并通过对极点参数的分析，论证了折叠偶极子阵列作为无芯标签及标签识别方式的可行性。无芯标签具有低功耗、结构简单、单片价格低等优点，后续工作将着重研究环境因素尤其是附着物对标签散射的影响以及标签数据容量、数据安全等问题。