声表面波标签的设计与仿真

论文摘要

声表面波标签是一种新型无源射频识别(RFID)标签,它具有无源、被动、成本低等特点,并以能在金属或液体环境下正常工作而著称。论文对声表面波标签进行了研究与仿真,重点在于降低系统成本、提高反射栅的反射能力和标签编码容量,最后还对声表面波标签结构进行了初步设计并对声表面波标签结构的优化进行了探讨。声表面波标签的基本结构由标签天线、叉指换能器和一系列编码的反射栅构成。叉指换能器直接与标签的天线连接,接收由阅读器发射来的查询信号,并发射由标签反射栅产生的应答信号。叉指换能器利用铌酸锂等压电材料的压电效应,可以有效地实现射频波和声表面波之间的转换。在声表面波传播路径上,放置了按照一定编码方式的多组反射栅。沿基体表面传播的声表面波遇到反射栅后会产生反射与透射,结果是在叉指换能器端产生一系列按照时间变化的唯一的声波脉冲链,该声波脉冲链由叉指换能器通过压电效应转化为一个比查询脉冲能量更小的射频脉冲链。这些射频波应答信号经声表面波标签天线辐射出去,最后由阅读器收信号并解码,从而在阅读器端得到阅读范围内的声表面波标签信息。论文介绍了与声表面波标签有关的理论和技术基础,主要包括：标签的整体结构,各组成部分的结构和特点以及常用的编码方案。首先,利用有限元分析软件对叉指换能器进行建模仿真,通过静态、模态以及谐响应分析,得到声表面波的传播特性和叉指换能器的性能参数；其次,利用等效电路模型分析法和耦合模理论和对反射栅的反射特性和频散特性进行分析,提取耦合参数,通过计算得出电极数目以及电极厚度的改变对反射栅反射特性以及传播损耗的影响,据此提出声表面波标签反射栅的设计原则；接下来,针对声表面波标签大容量编码的需要,论文采用了多脉冲位置编码方式；最后为了进一步降低声表面波标签的尺寸与成本,论文还提出了两种改进型结构的设计,即单相单向换能器共线式结构和“z”字形结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 声表面波技术概述
• 1.3 SAW RFID系统工作原理及特点
• 1.4 本文的研究内容及结构安排
• 第二章 声表面波标签的分析与研究
• 2.1 压电效应与压电材料
• 2.1.1 压电效应
• 2.1.2 压电材料
• 2.2 叉指换能器（IDT）
• 2.2.1 叉指换能器的基本结构
• 2.2.2 叉指换能器激励声表面波的物理过程
• 2.2.3 IDT模型
• 2.2.4 IDT和外围电路的连接与匹配
• 2.3 反射栅
• 2.3.1 反射栅的基本结构
• 2.3.2 反射栅的工作原理
• 2.3.3 反射栅的制作工艺
• 2.4 本章小结
• 第三章 叉指换能器的设计与仿真
• 3.1 叉指换能器的建模与仿真
• 3.2 叉指换能器的参数设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 反射栅性能分析
• 4.1 等效电路模型
• 4.1.1 反射栅模型
• 4.1.2 有限长栅阵的反射特性
• 4.2 SAW频散特性
• 4.3 耦合模理论模型
• 4.3.1 耦合模理论
• 4.3.2 耦合模参数的提取
• 4.4 本章小结
• 第五章 SAW标签编码方式
• 5.1 脉冲键控编码
• 5.2 2PSK编码
• 5.3 脉冲位置编码
• 5.3.1 单脉冲位置编码
• 5.3.2 多脉冲位置编码
• 5.4 本章小结
• 第六章 SAW标签的设计
• 6.1 SAW标签的初步设计
• 6.2 改进型SAW标签
• 6.2.1 单相单向换能器（SPUDT）共线式结构
• 6.2.2 "Z"字形结构SAW标签
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文完成的主要工作
• 7.2 对今后工作的建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢