結(jié)合物性的RFID射頻標(biāo)簽設(shè)計研究.pdf

1、在物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)技術(shù)不斷發(fā)展的進(jìn)程中，射頻識別(Radiofrequency identification，RFID)系統(tǒng)的信息安全問題是其發(fā)展中出現(xiàn)的一個重要問題。其中，RFID標(biāo)簽作為RFID系統(tǒng)中被最為廣泛使用的一環(huán)，其安全防偽問題應(yīng)當(dāng)受到重視。通常，研究者通過以下三種機(jī)制對RFID標(biāo)簽開展安全防偽研究:一，物理摧毀防偽安全機(jī)制;二，標(biāo)簽數(shù)據(jù)防偽安全機(jī)制;三，標(biāo)簽芯片電路防偽安全機(jī)制。然而，

2、物品本身與標(biāo)簽芯片所儲存信息間的匹配問題并不能通過這三類機(jī)制保障。標(biāo)簽所貼附的物品本身與標(biāo)簽芯片存儲的信息一致這樣一個基本概念是RFID信息安全建立的基石，實(shí)際中，標(biāo)簽與物體間的綁定問題主要通過化學(xué)手段及工藝手段解決，然而這兩種解決手段前者易被物理破壞，后者制造流程較為復(fù)雜，本文通過將物品電磁參數(shù)與標(biāo)簽閱讀性能綁定在一起針對此問題給出一個新的解決辦法。
　　本文從天線場分布的理論出發(fā)，結(jié)合電小天線等效電路中阻抗的表達(dá)及不同類型天線

3、阻抗擁有的不同幅頻響應(yīng)形式，通過對功率傳輸系數(shù)及天線Q值隨電磁參數(shù)變化的變化分析建立了綁定物性的RFID射頻標(biāo)簽設(shè)計總體框架，然后結(jié)合設(shè)計框架給出了包括介電常數(shù)綁定標(biāo)簽設(shè)計，電導(dǎo)率標(biāo)定標(biāo)簽設(shè)計，金屬感應(yīng)標(biāo)簽設(shè)計及物性傳感器設(shè)計在內(nèi)的四類，十一款標(biāo)簽設(shè)計，最后給出了精細(xì)的測試驗(yàn)證。主要研究內(nèi)容包括以下五個部分:
　　1.物性感知天線設(shè)計理論基礎(chǔ)。研究了天線附著介質(zhì)電磁參數(shù)變化對表面天線輻射場的影響，給出材質(zhì)介電常數(shù)變化及電導(dǎo)率的變化

4、都會對遠(yuǎn)區(qū)輻射場產(chǎn)生較大影響的結(jié)論。通過對不同類型天線阻抗特性與環(huán)境電磁參數(shù)間關(guān)系的闡述，指出天線結(jié)構(gòu)的選擇在設(shè)計結(jié)合物性的射頻標(biāo)簽中的重要意義。
　　2.物性感知射頻標(biāo)簽設(shè)計研究。首先定義物性感知性能衡量指標(biāo)——綁定度，然后通過綁定度與天線輸入阻抗間關(guān)系地分析給出設(shè)計對環(huán)境變化敏感的標(biāo)簽應(yīng)滿足的阻抗變化要求，并結(jié)合此要求給出若干對材料電磁參數(shù)變化敏感的射頻標(biāo)簽設(shè)計。具體包括，在綁定介電常數(shù)的標(biāo)簽設(shè)計中，首先通過對有效介電常數(shù)與天

5、線尺寸間關(guān)系地分析給出對天線尺寸的設(shè)計要求，其次采用蜿蜒線結(jié)構(gòu)給出了具體標(biāo)簽設(shè)計;在電導(dǎo)率標(biāo)定標(biāo)簽設(shè)計中，通過對中心加載的有耗諧振腔模型地分析，給出設(shè)計電導(dǎo)率標(biāo)定標(biāo)簽的設(shè)計思路，使用倒F天線結(jié)構(gòu)分別設(shè)計了一款可以標(biāo)定低電導(dǎo)率的標(biāo)簽及一款可以標(biāo)定高電導(dǎo)率的標(biāo)簽;在感知臨近金屬的標(biāo)簽設(shè)計中，使用單極子結(jié)構(gòu)給出了一款可以感知臨近金屬的標(biāo)簽設(shè)計。最后結(jié)合研究內(nèi)容，通過電磁參數(shù)對物性感知標(biāo)簽進(jìn)行了設(shè)計類型劃分，并總結(jié)了對應(yīng)的設(shè)計思路。
　　

6、3.具有高物性綁定特性的射頻標(biāo)簽設(shè)計研究。基于碎片結(jié)構(gòu)，結(jié)合多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)，給出進(jìn)行高物性綁定特性標(biāo)簽的設(shè)計方法。使用該設(shè)計方法給出了三款具有高物性綁定性能的標(biāo)簽設(shè)計。其中，相比第二點(diǎn)內(nèi)容給出的相應(yīng)標(biāo)簽，使用純離散變量設(shè)計的碎片型標(biāo)簽擁有對介電常數(shù)更高的綁定特性，通過對碎片結(jié)構(gòu)與天線功能區(qū)進(jìn)行分段映射，設(shè)計的一款碎片型倒F標(biāo)簽可以更有效地對標(biāo)簽所附溶液電導(dǎo)率進(jìn)行標(biāo)定，另一款倒F標(biāo)簽則對臨近金屬擁有更高感應(yīng)靈敏度。
　　4.介質(zhì)物性

7、傳感器設(shè)計研究。提出介質(zhì)物性傳感器概念并給出相關(guān)設(shè)計方法及具體設(shè)計。其中，通過對標(biāo)簽綁定性能與天線Q值間關(guān)系的推導(dǎo)給出了設(shè)計物性傳感器應(yīng)滿足的Q值條件，其次結(jié)合電磁參數(shù)給出使用Q值進(jìn)行物性綁定標(biāo)簽設(shè)計的方法適用范圍，然后結(jié)合碎片結(jié)構(gòu)及多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)給出兩款物性傳感器設(shè)計及兩款可以兼顧閱讀性能及傳感性能的傳感器設(shè)計，最后給出關(guān)于傳感器接入位置對綁定性能影響的討論。集成了設(shè)計的物性傳感器后標(biāo)簽變得對介電常數(shù)變化敏感。
　　5.物性綁定

8、標(biāo)簽測試研究。通過對雙層介質(zhì)板等效介電常數(shù)地分析，給出與物性綁定標(biāo)簽相配套的物品包裝指導(dǎo)建議及對介電常數(shù)敏感標(biāo)簽的標(biāo)簽襯底選取指導(dǎo)建議?；趯﹄p層板介電常數(shù)地分析，構(gòu)建了介電常數(shù)可以連續(xù)變化的等效結(jié)構(gòu)，并通過實(shí)物測量對結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，最后使用此結(jié)構(gòu)及通過了介電常數(shù)測試的溶液對設(shè)計的標(biāo)簽進(jìn)行了測試。
　　綜上所述，本文通過對天線阻抗性能，諧振性能及Q值與電磁參數(shù)間關(guān)系的深入研究，給出了一套結(jié)合物性的射頻標(biāo)簽設(shè)計方法及相關(guān)標(biāo)簽設(shè)計，為保