一种用于改善RFID工作环境的超表面、阵列及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于改善RFID工作环境的超表面、阵列及系统，超表面包括第一超表面单元及第二超表面单元，两个超表面单元的结构呈镜像对称，两个超表面单元的共极化反射系数曲线和交叉极化反射曲线重合，反射相位差为π，上述超表面根据遗传算法排布构成超表面阵列，实现对电磁波全方向的散射，解决封闭空间内场不均匀的问题。本发明专利技术提高密闭腔体内电子标签的识别率，实现对内部空间的高效利用，解决RFID目前所存在的问题。决RFID目前所存在的问题。决RFID目前所存在的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于改善RFID工作环境的超表面、阵列及系统


[0001]本专利技术涉及人工电磁材料及射频识别领域，特别涉及一种用于改善RFID工作环境的超表面、阵列及系统。

技术介绍

[0002]物联网的高速发展使得RFID技术应用的领域和范围越来越广泛，在一个RFID系统中，读写器天线通过产生电磁场，利用无线电射频方式无接触地和电子标签进行信息互换，以达到识别目的。然而，在RFID众多应用领域里的特定应用环境中，RFID系统中读写器和电子标签之间会存在无法识别的情况。例如在资产管理中，封闭的金属保险柜内，受限于四周金属壁的边界条件，工作在特高频(Ultra High Frequency，UHF)频段的读写器天线在金属柜内所产生的电场分布是不均匀的，即在该特定空间中某些位置的电场强度过小或者过大，这直接会导致处于电场强度过小位置的电子标签无法被有效识别，处于电场强度过大位置的电子标签有可能会被损坏。以上两种情况都会影响金属保险柜内电子标签的识别率，使得金属保险柜内的空间无法被高效利用。因此，为应对未来RFID技术更复杂的工作环境，在UHF频段下改善封闭金属柜内的场不均匀问题，提高其中电子标签的识别率，对其中的空间进行高效利用，填补RFID技术在该特定环境下的空白是极有意义和价值的。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种用于改善RFID工作环境的超表面、阵列及系统。
[0004]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种用于改善RFID工作环境的超表面，包括第一超表面单元及第二超表面单元，两个超表面单元的结构呈镜像对称，两个超表面单元的共极化反射系数曲线和交叉极化反射曲线重合，反射相位差为π，第一超表面单元及第二超表面单元分别用“0”元素和“1”元素来标识，对应1
‑
bit编码位。
[0005]进一步，所述第一超表面单元及第二超表面单元均包括介质层，所述介质层的底面设置金属地板，顶面设置金属贴片，所述金属贴片包括九条等宽金属条，所述九条等宽金属条构成一个双箭头结构及两个V字形结构。
[0006]进一步，所述九条等宽金属条按照长度分为第一金属条、第二金属条及第三金属条；所述第一金属条为一条，设置在介质层的一条对角线上；所述第二金属条为四条，两两一组分别设置在第一金属条的两端，形成双箭头；所述第三金属条为四条，两两一组形成V字形，两个V字形对称设置在第一金属条的两侧，V字形的两个顶点位于介质层的另一条对角线上，且开口相对。
[0007]进一步，所述介质层为立方体结构。
[0008]一种超表面阵列，包括呈阵列排布的N
×
M个超表面超级单元，所述超表面超级单
元包括第一超表面超级单元及第二超表面超级单元，通过设置阵列中第一超表面超级单元及第二超表面超级单元的位置及数量实现电磁波平均分配到每一个反射方向，所述第一超表面超级单元由多个所述的超表面呈阵列排布构成，该超表面为第一超表面单元；所述第二超表面超级单元由多个所述的超表面呈阵列排布构成，该超表面为第二超表面单元，第一超表面超级单元及第二超表面超级单元反射相位相差π,两个超表面超级单元分别用“0”元素和“1”元素来表示，对应1
‑
bit编码位。
[0009]进一步，通过遗传算法计算得到超表面阵列中第一超表面超级单元及第二超表面超级单元的位置及数量。
[0010]一种系统，适用于封闭金属腔内的RFID识别，包括超表面圆盘，所述超表面圆盘由所述超表面阵列裁切构成，所述超表面圆盘设置在封闭金属腔内的顶面，所述超表面圆盘与顶面平行，通过顺时针或逆时针旋转扰动，使得封闭金属腔内的电磁场均匀。
[0011]进一步，所述旋转扰动遵循混响理论。
[0012]进一步，所述顺时针或逆时针旋转扰动具体是旋转12次，每次旋转30度。
[0013]进一步，所述超表面圆盘是超表面阵列的最大内切圆，即超表面圆盘直径为超表面阵列的边长。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：（1）本专利技术超表面包括第一超表面单元及第二超表面单元，两个超表面单元呈镜像对称，共极化反射系数曲线和交叉极化反射系数曲线重合，实现对入射到单元的电磁波方向进行极化转化，构建180度相位差。
[0015]（2）本专利技术采用遗传算法对超表面阵列中的第一超表面超级单元及第二超表面超级单元位置及数量的排布，使得电磁波被平均分配到每一个反射方向上，实现电磁波全方位散射效果。
[0016]（3）本专利技术利用超表面对于电磁波的散射特性，将超表面阵列裁切为圆盘形状，使其在金属柜的顶部机械旋转，通过不停地对金属柜内的电磁场提供扰动，进而改变金属柜内的场分布，从而改善金属柜内的场不均匀性，提高电子标签的识别率。
[0017]（4）本专利技术利用超表面的较薄的物理特性，部署在金属柜的顶部，从而避免了占用内部空间的缺点，实现了对于金属柜内部空间的高效利用。
[0018]（5）本专利技术超表面圆盘排布规律性强，结构简单，所选材料加工方便，所以易于实现。
[0019]（6）本专利技术将超表面与RFID技术有机结合到一起，通过引入超表面来解决特定环境中RFID技术在UHF频段所存在的难题，提高封闭金属柜内电子标签的识别率，间接拓宽了读写器工作范围，具有很好的技术前瞻性。
[0020]（7）本专利技术对于封闭金属腔内部的场不均匀问题，具有极大的改善效果。较薄编码散射式超表面圆盘通过旋转不停地对金属柜内部电磁场进行扰动，从而有效的维持了金属柜内部的场均匀效果。
附图说明
[0021]图1（a）是本专利技术实施例1第一超表面单元的结构示意图；图1（b）是本专利技术实施例1第二超表面单元的结构示意图；
图2（a）及图2（b）分别是图1（a）及图1（b）的反射幅度和反射相位曲线图；图3是本专利技术实施例2超表面阵列的结构示意图；图4是本专利技术实施例2超表面阵列的电磁波散射效果示意图；图5是本专利技术实施例3超表面圆盘的裁剪示意图；图6是本专利技术实施例3超表面圆盘的电磁波散射效果图；图7是本专利技术实施例3系统的结构示意图；图8是本专利技术的金属柜内八个测试点具体位置和金属柜具体尺寸示意图；图9（a）
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图9（d）是本专利技术的金属柜内测试空间的场均匀性曲线图；图10是本专利技术实施例3金属柜内测试区域八个测试点的最大场强数据图。
具体实施方式
[0022]下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0023]实施例1如图1（a）及图1（b）所示，一种用于改善RFID工作环境的超表面，适用于UHF频段，且能实现对入射电磁波的极化转化，具体包括第一超表面单元1及第二超表面单元2，两个超表面单元的共极化反射系数曲线和交叉极化反射曲线重合，两个超表面单元在UHF频段的交叉极化反射系数趋近于0dB，共极化反射系数低于
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10dB，可实现对于入射到单元的入射电磁波方向进行极化转化。第一及第二超表面单元的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于改善RFID工作环境的超表面，其特征在于，包括第一超表面单元及第二超表面单元，两个超表面单元的结构呈镜像对称，两个超表面单元的共极化反射系数曲线和交叉极化反射曲线重合，反射相位差为π，第一超表面单元及第二超表面单元分别用“0”元素和“1”元素来表示，对应1
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bit编码位。2.根据权利要求1所述的超表面，其特征在于，所述第一超表面单元及第二超表面单元均包括介质层，所述介质层的底面设置金属地板，顶面设置金属贴片，所述金属贴片包括九条等宽金属条，所述九条等宽金属条构成一个双箭头结构及两个V字形结构。3.根据权利要求2所述的超表面，其特征在于，所述九条等宽金属条按照长度分为第一金属条、第二金属条及第三金属条；所述第一金属条为一条，设置在介质层的一条对角线上；所述第二金属条为四条，两两一组分别设置在第一金属条的两端，形成双箭头；所述第三金属条为四条，两两一组形成V字形，两个V字形对称设置在第一金属条的两侧，V字形的两个顶点位于介质层的另一条对角线上，且开口相对。4.根据权利要求2所述的超表面，其特征在于，所述介质层为立方体结构。5.一种超表面阵列，其特征在于，包括呈阵列排布的N
×
M个超表面超级单元，所述超表面超级单元包括第一超表面超级单元及第二超表面超级单元，通过设置阵列中第一超表面超级单元及第二超表面超级单元的位置及数量实现电...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔悦慧，张扬，李融林，薛泉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：