Řady odražečů pro bezčipovou RFID

Abstract

Disertační práce se zabývá bezčipovou rádiovou identifikací (RFID), oborem jehož cílem je umožnit technologii RFID nalézt nová uplatnění prostřednictvím snížení výrobních nákladů RFID štítků (tagů), které fungují bez polovodičových čipů. Cílem práce je prozkoumat různé inovativní elektromagnetické planární struktury, které lze použít pro návrh bezčipových RFID štítků dosahujících lepších parametrů, než stávající návrhy. Požadovanými kvalitami jsou vysoká kapacita uložené informace na plochu štítku a to jak u štítků pracujících ve frekvenční tak i časové oblasti, vysoká spektrální kapacita uložené informace (pouze u štítků pro frekvenční oblast) a velká efektivní odrazná plocha (RCS), která je úměrná čtecímu dosahu. Dále je důležité, aby byla bitová informace spolehlivě čitelná, a aby byly elektromagnetické vlastnosti štítku nezávislé na materiálu předmětu, na kterém je umístěn. Prvním krokem ve výzkumu zaměřeném na zlepšení vlastností bezčipových RFID štítků pracujících ve frekvenční oblasti bylo vyšetření různých planárních odražečů, které jsou zpravidla jejich základními stavebními prvky. Jako nejvhodnější odražeč pro další výzkum byl zvolen dipól se zakončením ve tvaru spirály díky jeho velké RCS odezvě, které dosahuje při zachování vysoké bitové kapacity, a to jak spektrální, tak plošné. Při zkoumání vlastností nového štítku složeného z vhodných odražečů se často ukazuje, že je nutné zlepšit spolehlivost jeho čtení prostřednictvím minimalizace vzájemných vazeb mezi jednotlivými odražeči. Toho lze docílit např. přeuspořádáním jednotlivých odražečů ve štítku, úpravou geometrie odražeče popř. mohou být obě metody použity najednou. Práce je rovněž zaměřena na jeden typ štítku pracujícího v časové oblasti. Stávající bezčipový RFID systém založený na principu sekvenčního čtení bitů v blízké zóně čtečky byl navržen s využitím rezonátorů typu přerušený prstenec. Výrazného navýšení datové hustoty na jednotku délky štítku tohoto systému bylo dosaženo uplatněním půlvlnných dipólů v návrhu štítku a mikropáskovým vedením s λ/4 pahýlem tvořícím čtečku. Posledním cílem práce bylo zkoumání využitelnosti struktur zahrnujících odražeče v kombinaci s kovovou deskou pro návrh bezčipového štítku s elektricky neměnnými parametry při umístění na dielektrické či kovové objekty. Jsou představeny dvě různé koncepce dvacetibitových štítků s velkou RCS odezvou.

Thesis is devoted to the chipless radio-frequency identification (RFID). The goal of this branch is to help RFID with finding new applications by decreasing manufacturing cost of RFID transponders (tags), which is achieved by avoiding the usage of a semiconductor chip. The aim of the thesis is to investigate various electromagnetics planar structures, which can be employed for chipless RFID tags with improved performance parameters. Desired qualities are high spatial bit capacity of transponders operating both in frequency and time domain (number of coding bits of the transponder per its square size), high spectral bit capacity (in case of transponders working in frequency domain) and high radar cross section (RCS) response allowing high reading range of a transponder. Other important qualities of a transponder are reliability of tag reading and a platform tolerance (an independence of its electromagnetic properties from a material of a tagged object). The first approach towards research of chipless RFID transponders working in frequency domain with enhanced properties was to investigate performance parameters of various planar scatterers, which are basic building parts of majority of these chipless RFID transponders. The S-loaded dipole was recognized as the most suitable scatterer for subsequent research because of its efficient trade-off between strength of its RCS response and both spectral and spatial bit capacity. When a new transponder consisting of a suitable type of scatterer is examined, a need for an improvement of reading reliability via reducing mutual coupling between scatterers in a transponder usually emerges. This was achieved by rearranging the scatterers in the transponder and via slight changes in their topology. Both methods can be used together in one design. The thesis is also focused on one type of time domain transponder. Already published near field chipless RFID system with sequential bit reading was enhanced by substituting split ring resonators for half wavelength dipoles and an open shunt λ/4 stub as a reader. Per-unit-length data density was significantly increased. The last goal of the thesis was to investigate feasibility of structures consisting of a scatterer array closely coupled to a metallic plate for a chipless RFID transponder with electrically invariable parameters when it is attached to dielectric or metallic objects. Two different concepts of 20-bit transponders with high RCS responses are presented.