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。根據奇點(SEM)展開(留數)方法，計算對目標物體的散射奇點(留數)，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量多、極點分布規律、數據容量大、易于實現等優點。
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。射頻識別的系統就是閱讀器和標簽天線之間的通信。在目前射頻識別系統中標簽都是有芯的，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據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，開槽數量有限。能夠容納的數據容量少，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，容納更多的數據容量。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的設計理念，徹底降低標簽價格，推動射頻識別技術的發展應用。

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。