无芯片电子标签传感器关键技术研究
发布时间：2021-09-09 08:36
无芯片电子标签传感器是利用电磁波回波特性实现无接触检测外界物理量的新型传感器,其关键技术亟待突破。本文对无芯片射频识别（RFID）技术、无芯片传感技术以及无芯片RFID检测技术等关键技术进行深入研究,并在此基础上设计并实现了具有16bits编码容量的无芯片温度阈值传感器。本文主要完成了以下四个方面的工作:1.在无芯片RFID技术方面,采用频域编码技术,从结构简单的Ⅰ’型开槽谐振器入手,设计了 12bits标签;为提高频带利用率,采用双极化频带复用的方法,设计了基于’U’型开槽谐振器的16bits标签;为提高编码密度,设计了基于“弧”型开槽谐振器的20bits标签。利用上述三种编码方法制作了不同编码的若干标签。测试结果表明,三种标签均可正确识别出编码,通过移除或短路某编码位谐振器可以实现重构。本部分的研究解决了无芯片标签尺寸大、编码位数少、难以重构的问题,实现了电子标签传感器的无芯片身份识别。2.在无芯片传感技术方面,系统研究了低成本无芯片传感器的结构设计方法。选取左手材料平面谐振单元——单开口谐振环（Single Split Ring Resonator,SSRR）,仿真研究了结构参数...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２基于ＳＡＷ的标签的原理图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＡＷ?ｔａｇ??
构是由多谐振结构组成，通过谐振结构“阻碍”能量的传递，造成幅频特性中插入损耗??Ｓ２１具有谐振“谷”的特性，利用谐振“谷”进行编码，一个谐振结构可以对应１?ｂｉｔ编??码。图１．３给出了几种典型的标签｜Ｍ４］：??隨??ａ）多螺旋谐振结构ｂ）ＣＰＷ型ＤＧＳ?ｃ）微带线型ＤＧＳ?ｄ）?ＳＲＲ?ｅ）多谐振偶极子??图１．３利用谐振频率的有无进行编码的标签??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔａｇｓ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｅｘｉｓｔｅｎｃｅｓ?ｏｆ?ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??其中图１．３（ａ）为基于多螺旋谐振结构的标签｜８１，图１．３（ｂ）是基于共面波导型（Ｃｏ－ｐｌａｎａｒ??Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ，?ＣＰＷ）缺陷地结构（Ｄｅｔｅｃｔ?Ｇｒｏｕｎｄ?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?ＤＧＳ）的标签［９］，图?１．３（ｃ）是文献［１０］??提出的基于微带线型ＤＧＳ的标签，图１．３（ｄ）是文献［１１，１２］提出的基于开口谐振环（Ｓｐｌｉｔ??Ｒｉｎｇ?Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ，?ＳＲＲ）的标签，图１．３（ｅ）是文献［１３，?１４］提出的基于多谐振偶极子的标签。??利用上述结构制作的标签通过增加谐振器数量可以增加编码位数，例如文献［１５］利用多??螺旋谐振结构实现了?３５ｂｈｓ的编码｜｜５１，然而标签尺寸过大，为８８ｍｍｘ３５ｍｍｘ〇．８ｍｍ。??为提高编码容量同时减小尺寸，通过谐振频率点的偏移使得１个谐振器可实现多位??编码
即对应ｌｏｇ２１０？３．３２ｂｉｔｓ编码。??文献［１７］提出了一种基于均勾阻抗谐振器（Ｕｎｉｆｏｒｍ丨ｍｐｅｄａｎｃｅ?Ｒｅｓｏｎａｔｏｉ；?ＵＩＲ）的标??签如图１．５（ａ）所不：文献［１８］提出了一种基于阶梯阻抗谐振器（Ｓｔｅｐｐｅｄ?Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ??Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ，?ＳＩＲ）的标签如图１．５（ｂ）所示。图１．５（ａ）中根据ＵＩＲ两臂之间夹角的不同，会导??致阅读器回波损耗（Ｓ，?ｉ）的谐振“峰”值出现的频率点不同，利用这种不同可以实现约３ｂｉｔｓ??的编码。图１．５（ｂ）中，令ＳＩＲ中心位置短路、断路和整体移除ＳＩＲ使得一个ＳＩＲ可以实??现２ｂｉｔｓ的编码，同时调整ＳＩＲ的电长度之比可以调整基波谐振频率和谐波谐振频率之??间的频率差，以增大编码位数［１９］。??？?－?？?？．?－Ｉ??￣■?—ｉｉｉ—??舞．??ａ）ＵＩＲ?ｂ）ＳＩＲ??图１．５基于Ｕ１Ｒ和ＳＩＲ的标签??Ｆｉｇ．?１．５?Ｔａｇｓ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ＵＩＲ?ａｎｄ?ＳＩＲ??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ELC谐振器的湿度传感器[J]. 薛严冰,孟影,宋智. 传感技术学报. 2017(03)
博士论文
[1]环形谐振器中的可调控干涉特性研究[D]. 张学楠.哈尔滨工业大学 2015
[2]小型平面超宽带天线及自动化设计方法的研究[D]. 吴爱婷.西安电子科技大学 2014
[3]超常介质的电磁特性及其应用研究[D]. 张辉.国防科学技术大学 2009
[4]非均匀传输线场路特性研究[D]. 张卉.北京交通大学 2008
硕士论文
[1]无芯片射频识别标签及其识别系统天线的研究[D]. 许莉娜.山西大学 2016
[2]SRR结构在微波滤波器上的应用[D]. 崔轶然.电子科技大学 2015
[3]无芯片RFID标签编码方式设计[D]. 吴紫涵.西安电子科技大学 2014
[4]小型化超宽带天线的设计与研究[D]. 朱旭旭.南京邮电大学 2013
[5]一种改进的遗传算法及应用[D]. 李延梅.华南理工大学 2012
[6]基于SRR结构的RFID技术研究与应用[D]. 曹建文.华南理工大学 2011
[7]开口谐振环及其在微带滤波器中的应用[D]. 高楠.南京航空航天大学 2011
[8]无芯片RFID标签的研究与设计[D]. 杨素素.南京理工大学 2010
[9]应用于TD-SCDMA终端的微带贴片天线研究与设计[D]. 卢黎.北京邮电大学 2007
本文编号：3391775
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２基于ＳＡＷ的标签的原理图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＡＷ?ｔａｇ??
构是由多谐振结构组成，通过谐振结构“阻碍”能量的传递，造成幅频特性中插入损耗??Ｓ２１具有谐振“谷”的特性，利用谐振“谷”进行编码，一个谐振结构可以对应１?ｂｉｔ编??码。图１．３给出了几种典型的标签｜Ｍ４］：??隨??ａ）多螺旋谐振结构ｂ）ＣＰＷ型ＤＧＳ?ｃ）微带线型ＤＧＳ?ｄ）?ＳＲＲ?ｅ）多谐振偶极子??图１．３利用谐振频率的有无进行编码的标签??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔａｇｓ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｅｘｉｓｔｅｎｃｅｓ?ｏｆ?ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??其中图１．３（ａ）为基于多螺旋谐振结构的标签｜８１，图１．３（ｂ）是基于共面波导型（Ｃｏ－ｐｌａｎａｒ??Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ，?ＣＰＷ）缺陷地结构（Ｄｅｔｅｃｔ?Ｇｒｏｕｎｄ?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?ＤＧＳ）的标签［９］，图?１．３（ｃ）是文献［１０］??提出的基于微带线型ＤＧＳ的标签，图１．３（ｄ）是文献［１１，１２］提出的基于开口谐振环（Ｓｐｌｉｔ??Ｒｉｎｇ?Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ，?ＳＲＲ）的标签，图１．３（ｅ）是文献［１３，?１４］提出的基于多谐振偶极子的标签。??利用上述结构制作的标签通过增加谐振器数量可以增加编码位数，例如文献［１５］利用多??螺旋谐振结构实现了?３５ｂｈｓ的编码｜｜５１，然而标签尺寸过大，为８８ｍｍｘ３５ｍｍｘ〇．８ｍｍ。??为提高编码容量同时减小尺寸，通过谐振频率点的偏移使得１个谐振器可实现多位??编码
即对应ｌｏｇ２１０？３．３２ｂｉｔｓ编码。??文献［１７］提出了一种基于均勾阻抗谐振器（Ｕｎｉｆｏｒｍ丨ｍｐｅｄａｎｃｅ?Ｒｅｓｏｎａｔｏｉ；?ＵＩＲ）的标??签如图１．５（ａ）所不：文献［１８］提出了一种基于阶梯阻抗谐振器（Ｓｔｅｐｐｅｄ?Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ??Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ，?ＳＩＲ）的标签如图１．５（ｂ）所示。图１．５（ａ）中根据ＵＩＲ两臂之间夹角的不同，会导??致阅读器回波损耗（Ｓ，?ｉ）的谐振“峰”值出现的频率点不同，利用这种不同可以实现约３ｂｉｔｓ??的编码。图１．５（ｂ）中，令ＳＩＲ中心位置短路、断路和整体移除ＳＩＲ使得一个ＳＩＲ可以实??现２ｂｉｔｓ的编码，同时调整ＳＩＲ的电长度之比可以调整基波谐振频率和谐波谐振频率之??间的频率差，以增大编码位数［１９］。??？?－?？?？．?－Ｉ??￣■?—ｉｉｉ—??舞．??ａ）ＵＩＲ?ｂ）ＳＩＲ??图１．５基于Ｕ１Ｒ和ＳＩＲ的标签??Ｆｉｇ．?１．５?Ｔａｇｓ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ＵＩＲ?ａｎｄ?ＳＩＲ??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ELC谐振器的湿度传感器[J]. 薛严冰,孟影,宋智. 传感技术学报. 2017(03)
博士论文
[1]环形谐振器中的可调控干涉特性研究[D]. 张学楠.哈尔滨工业大学 2015
[2]小型平面超宽带天线及自动化设计方法的研究[D]. 吴爱婷.西安电子科技大学 2014
[3]超常介质的电磁特性及其应用研究[D]. 张辉.国防科学技术大学 2009
[4]非均匀传输线场路特性研究[D]. 张卉.北京交通大学 2008
硕士论文
[1]无芯片射频识别标签及其识别系统天线的研究[D]. 许莉娜.山西大学 2016
[2]SRR结构在微波滤波器上的应用[D]. 崔轶然.电子科技大学 2015
[3]无芯片RFID标签编码方式设计[D]. 吴紫涵.西安电子科技大学 2014
[4]小型化超宽带天线的设计与研究[D]. 朱旭旭.南京邮电大学 2013
[5]一种改进的遗传算法及应用[D]. 李延梅.华南理工大学 2012
[6]基于SRR结构的RFID技术研究与应用[D]. 曹建文.华南理工大学 2011
[7]开口谐振环及其在微带滤波器中的应用[D]. 高楠.南京航空航天大学 2011
[8]无芯片RFID标签的研究与设计[D]. 杨素素.南京理工大学 2010
[9]应用于TD-SCDMA终端的微带贴片天线研究与设计[D]. 卢黎.北京邮电大学 2007
本文编号：3391775
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