高敏感度無源RFID傳感標簽的設計研究.pdf

1、近年來，無源射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)與傳感器功能相結(jié)合形成的無源RFID傳感技術(shù)，引起了人們的廣泛關(guān)注。無源RFID技術(shù)與傳感器的結(jié)合方式通常是RFID標簽與傳感器結(jié)合，即無源RFID傳感標簽。無源RFID傳感標簽具有成本低、壽命長等優(yōu)點，但其設計挑戰(zhàn)在于如何實現(xiàn)盡可能高的傳感敏感度，以精確地感知細微的環(huán)境變化?，F(xiàn)有的無源RFID傳感標簽設計通過特別地選定標簽天線拓撲、并優(yōu)化

2、天線尺寸來提高標簽的傳感敏感度。無論無源RFID傳感標簽的天線采用何種拓撲以及是否優(yōu)化，本文將在傳感標簽的RFID芯片和天線之間設計插入一個無源的敏化電路，以大幅度提高無源RFID傳感標簽的傳感敏感度。圍繞敏化電路，本論文的研究內(nèi)容包括:
　　1.建立了匹配網(wǎng)絡的網(wǎng)絡敏感度理論。在微波網(wǎng)絡和匹配網(wǎng)絡理論的基礎上，提出了匹配網(wǎng)絡對負載變化的網(wǎng)絡敏感度定義，并分析了完全匹配、小失配匹配網(wǎng)絡的網(wǎng)絡敏感度。通過設計、制作和測試多個匹配電路

3、，驗證了網(wǎng)絡敏感度的定義和分析的有效性;
　　2.提出了敏化電路的設計理論及方法。鑒于環(huán)境變化決定了傳感標簽天線或負載的阻抗變化路徑，匹配網(wǎng)絡設計于路徑上不同負載阻抗時，在全路徑上產(chǎn)生的總體敏感度不同。選定在全路徑上具有最大總體敏感度的網(wǎng)絡作為敏化電路。給出了決定敏化電路的散射參數(shù)和最佳負載的設計原則，以及敏化電路的集總、分布參數(shù)電路實現(xiàn)方式;
　　3.研究了基于敏化電路的高敏感度無源RFID傳感標簽設計技術(shù)?，F(xiàn)有的無源RF

4、ID傳感標簽設計通過優(yōu)化選定拓撲的標簽天線尺寸來提高傳感敏感度。而設計實例證明:將敏化電路加入已優(yōu)化的傳感標簽中，傳感標簽的敏感度仍可以大幅度提高?？紤]到天線優(yōu)化一般是盲目、耗時的，設計實例證明:敏化電路可以結(jié)合未經(jīng)優(yōu)化的標簽天線，以高效地設計高敏感度無源RFID傳感標簽。鑒于傳感器在天線上的加載位置是影響傳感標簽敏感度的重要因素，優(yōu)化了傳感器的加載位置以最大化由敏化電路帶來的傳感敏感度的提升。
　　4.開展了敏化電路和標簽天線的

5、聯(lián)合優(yōu)化設計研究。首先，為了實現(xiàn)更高的敏感度，通過采用基于MOEA/D-DE(multi-objective evolutionary algorithmbased on decomposition combined with differential evolution)算法的標簽天線優(yōu)化方法，提出了最適合敏化電路的標簽天線優(yōu)化目標。其次，為了實現(xiàn)更緊湊的高敏感度傳感標簽結(jié)構(gòu)，將敏化電路和標簽天線一體化設計。通過分析敏化電路和天線拓撲