無芯射頻標(biāo)簽散射場分析和極點(diǎn)提取研究

摘要：目標(biāo)雷達(dá)散射截面(RCS)，在復(fù)平面可以表示為復(fù)頻域的函數(shù)。根據(jù)奇點(diǎn)(SEM)展開(留數(shù))方法，計(jì)算對目標(biāo)物體的散射奇點(diǎn)(留數(shù))，進(jìn)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(biāo)簽結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真得出該結(jié)構(gòu)散射場。仿真的結(jié)果顯示該結(jié)構(gòu)具有開槽數(shù)量多、極點(diǎn)分布規(guī)律、數(shù)據(jù)容量大、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：雷達(dá)散射截面(RCS)；奇點(diǎn)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(biāo)簽天線之間的通信。在目前射頻識別系統(tǒng)中標(biāo)簽都是有芯的，但這類標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積、尺寸較大，價(jià)格較貴，所以限制了它的廣泛應(yīng)用。雷達(dá)技術(shù)的廣泛深入地應(yīng)用，激發(fā)了人們利用雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行射頻識別的新思路。研究者又提出了無源無芯結(jié)構(gòu)標(biāo)簽天線思想。Baum提出了奇點(diǎn)展開法的思想也促進(jìn)了人們研究無芯標(biāo)簽的熱情，奇點(diǎn)展開法對標(biāo)簽的散射場(雷達(dá)截面積)進(jìn)行分析以提取目標(biāo)的自然諧振頻率。物體的本征頻率的固有特性，即目標(biāo)的奇點(diǎn)只與目標(biāo)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與目標(biāo)的位置、形態(tài)無關(guān)。每個(gè)物體的結(jié)構(gòu)在平面波激勵(lì)下都有自己的獨(dú)特的散射場，通過分析物體的散射場，提取目標(biāo)的固有頻率并利用其進(jìn)行存儲和恢復(fù)數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行目標(biāo)識別。因而標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)對于識別至關(guān)重要。為了尋求結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)的標(biāo)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(dāng)前的需要。
本文也就是處于這點(diǎn)考慮并在前人研究的基礎(chǔ)上，研究了能夠具有較多開槽結(jié)構(gòu)的標(biāo)簽結(jié)構(gòu)，即蝶形結(jié)構(gòu)。采用兩個(gè)對稱正三角形方式，能夠開槽達(dá)到8個(gè)，容納更多的數(shù)據(jù)容量。本文利用FEKO軟件詳細(xì)地分析這種蝶形標(biāo)簽結(jié)構(gòu)在不開槽、開槽數(shù)量從一個(gè)到八個(gè)不同方向散射雷達(dá)截面。同時(shí)利用矩量法，提取了它的極點(diǎn)。這個(gè)研究的重要性在于改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，徹底降低標(biāo)簽價(jià)格，推動射頻識別技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用。

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

對于時(shí)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(dǎo)體，如圖1所示。