無芯射頻標簽散射場分析和極點提取研究

摘要：目標雷達散射截面(RCS)，在復平面可以表示為復頻域的函數(shù)。根據(jù)奇點(SEM)展開(留數(shù))方法，計算對目標物體的散射奇點(留數(shù))，進行射頻識別(RFID)，是射頻識別的新思路。通過FEKO軟件，對蝶形無芯標簽結構進行仿真得出該結構散射場。仿真的結果顯示該結構具有開槽數(shù)量多、極點分布規(guī)律、數(shù)據(jù)容量大、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。
關鍵詞：雷達散射截面(RCS)；奇點展開法(SEM)；散射場；FEKO

0 引言
射頻識別是一種全自動，非接觸識別方式。射頻識別的系統(tǒng)就是閱讀器和標簽天線之間的通信。在目前射頻識別系統(tǒng)中標簽都是有芯的，但這類標簽的結構復雜，體積、尺寸較大，價格較貴，所以限制了它的廣泛應用。雷達技術的廣泛深入地應用，激發(fā)了人們利用雷達技術進行射頻識別的新思路。研究者又提出了無源無芯結構標簽天線思想。Baum提出了奇點展開法的思想也促進了人們研究無芯標簽的熱情，奇點展開法對標簽的散射場(雷達截面積)進行分析以提取目標的自然諧振頻率。物體的本征頻率的固有特性，即目標的奇點只與目標的結構有關，而與目標的位置、形態(tài)無關。每個物體的結構在平面波激勵下都有自己的獨特的散射場，通過分析物體的散射場，提取目標的固有頻率并利用其進行存儲和恢復數(shù)據(jù)就可以進行目標識別。因而標簽的結構對于識別至關重要。為了尋求結構簡單，易于實現(xiàn)的標簽，Majid Manteghi and Yahya Rahmat-Samii等研究者研究了橢圓偶極子開槽方式。但這種方式，開槽數(shù)量有限。能夠容納的數(shù)據(jù)容量少，不能滿足當前的需要。
本文也就是處于這點考慮并在前人研究的基礎上，研究了能夠具有較多開槽結構的標簽結構，即蝶形結構。采用兩個對稱正三角形方式，能夠開槽達到8個，容納更多的數(shù)據(jù)容量。本文利用FEKO軟件詳細地分析這種蝶形標簽結構在不開槽、開槽數(shù)量從一個到八個不同方向散射雷達截面。同時利用矩量法，提取了它的極點。這個研究的重要性在于改變傳統(tǒng)的設計理念，徹底降低標簽價格，推動射頻識別技術的發(fā)展應用。

1 理論基礎
在這一部分，主要介紹關于散射所涉及的理論知識，不作理論的探討和推導，可參閱文獻。
1．1 雷達散射截面
三維度單位體積內入射波段所攜帶的功率在全向輻射時，入射場強度為方向(θ，φ)的函數(shù)如圖1所示，在定向方向上產生相同的散射功率密度可以表示為：

對于時諧電磁場，TEM模式電磁波，入射電場和磁場為(E，H)，坡印廷矢量可以表示為：

由式(3)和式(4)可以得到式(1)。
1．2 物體表面散射場積分方程
對于在自由空間里面積為S的任意形狀的完純導體，如圖1所示。