无芯射频标签散射场分析和极点提取研究

摘要：目标雷达散射截面(RCS)，在复平面可以表示为复频域的函数。根据奇点(SEM)展开(留数)方法，计算对目标物体的散射奇点(留数)，进行射频识别(RFID)，是射频识别的新思路。通过FEKO软件，对蝶形无芯标签结构进行仿真得出该结构散射场。仿真的结果显示该结构具有开槽数量多、极点分布规律、数据容量大、易于实现等优点。
关键词：雷达散射截面(RCS)；奇点展开法(SEM)；散射场；FEKO

0 引言
射频识别是一种全自动，非接触识别方式。射频识别的系统就是阅读器和标签天线之间的通信。在目前射频识别系统中标签都是有芯的，但这类标签的结构复杂，体积、尺寸较大，价格较贵，所以限制了它的广泛应用。雷达技术的广泛深入地应用，激发了人们利用雷达技术进行射频识别的新思路。研究者又提出了无源无芯结构标签天线思想。Baum提出了奇点展开法的思想也促进了人们研究无芯标签的热情，奇点展开法对标签的散射场(雷达截面积)进行分析以提取目标的自然谐振频率。物体的本征频率的固有特性，即目标的奇点只与目标的结构有关，而与目标的位置、形态无关。每个物体的结构在平面波激励下都有自己的独特的散射场，通过分析物体的散射场，提取目标的固有频率并利用其进行存储和恢复数据就可以进行目标识别。因而标签的结构对于识别至关重要。为了寻求结构简单，易于实现的标签，Majid Manteghi and Yahya Rahmat-Samii等研究者研究了椭圆偶极子开槽方式。但这种方式，开槽数量有限。能够容纳的数据容量少，不能满足当前的需要。
本文也就是处于这点考虑并在前人研究的基础上，研究了能够具有较多开槽结构的标签结构，即蝶形结构。采用两个对称正三角形方式，能够开槽达到8个，容纳更多的数据容量。本文利用FEKO软件详细地分析这种蝶形标签结构在不开槽、开槽数量从一个到八个不同方向散射雷达截面。同时利用矩量法，提取了它的极点。这个研究的重要性在于改变传统的设计理念，彻底降低标签价格，推动射频识别技术的发展应用。

1 理论基础
在这一部分，主要介绍关于散射所涉及的理论知识，不作理论的探讨和推导，可参阅文献。
1．1 雷达散射截面
三维度单位体积内入射波段所携带的功率在全向辐射时，入射场强度为方向(θ，φ)的函数如图1所示，在定向方向上产生相同的散射功率密度可以表示为：

对于时谐电磁场，TEM模式电磁波，入射电场和磁场为(E，H)，坡印廷矢量可以表示为：

由式(3)和式(4)可以得到式(1)。
1．2 物体表面散射场积分方程
对于在自由空间里面积为S的任意形状的完纯导体，如图1所示。