物联网(IoT,the Internet of Things)的发展进一步促进了射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)技术的快速发展,射频识别技术的应用已经遍及人们生活的方方面面。射频识别标签具有很多优点,如读取距离长,非视距读取以及自动识别和跟踪等。但是由于标签成本的制约,在需要使用数万亿标签的低价商品领域,RFID标签仍然不能被商家广泛接受,因此阻碍了物联网的进一步发展。标签的成本主要取决于标签芯片的成本,而从制作芯片的材料和工艺方面来降低标签成本已无可能。如何降低标签成本成为目前研究人员亟待解决的难题。为了降低标签成本,研究人员提出了无芯片标签。无芯片标签主要分为基于时域工作和频域工作的两类,基于时域的无芯片标签有声表面波(SAW,Surface Acoustic Wave)和传输延迟线两种。基于SAW的无芯片标签采用脉冲调制编码,编码容量达到了256 bits,但是SAW本身的成本已经接近了带芯片标签的成本,而且需要亚微米刻蚀工艺;由传输延迟线构成基于时域的无芯片标签成本虽然已经接近条形码的成本,但是编码容量太低,不能很好地得到应用。于是研究人员开始研究基于频域的无芯片标签,因为它主要利用谐振频率的位置进行编码,可供编码的频带宽,编码容量大。目前,基于频域的无芯片标签主要集中在开发可替代条形码的无芯片结构和可印刷RFID无芯片标签。本论文主要对基于频域工作的无芯片标签展开研究。首先从各种谐振器的谐振特性入手,对谐振器的结构和编码方式进行深入探讨,特别对它们组成标签的工作类型进行了研究。本文提出以下的无芯片标签:频域工作的两种可重发无芯片标签,分别是L型微带耦合谐振器无芯片标签和互补开口谐振环(CSRR,Complementary Split Ring Resonator)耦合微带线无芯片标签;基于频域的两种自谐振无芯片标签,分别是多I型缝隙谐振器无芯片标签和矩形缝隙环谐振器嵌套的无芯片标签。本论文的主要工作包括以下几点:1.利用耦合理论,采用高Q的L型微带带阻谐振器和高Q的CSRR带阻谐振器和主传输微带线耦合分别构成两种可重发无芯片标签。高Q带阻谐振器改变主传输线上的超宽带均匀频谱,将谐振电路的编码信息加入到超宽带频谱特征中。为了提高编码容量,采取频率位置和振幅调制的混合编码方式。其中在L型微带耦合谐振器无芯片标签中为了减小标签面积,对L型微带谐振器进行了变形,由耦合L型微带谐振器变成L型开路枝节线,最后标签面积减小了61.7%。接着制作几种典型编码的标签进行测试,通信距离达到10 cm,标签的编码密度1.67 bits/cm~2,编码容量为3.56 bits/GHz。利用高Q的CSRR谐振器设计了另一种可重发无芯片标签,并设计了微带贴片两边开槽的阶梯微带超宽带(UWB,Ultra Wideband)天线作为这种标签的收发天线,减小了标签面积。最后进行了实测验证,通信距离达到30 cm,标签编码密度达到0.63 bits/cm~2,编码容量为5.5bits/GHz。2.提出基于I型缝隙自谐振的无芯片标签,I型缝隙的编码信息加载到反向散射回读写器的雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)的频谱特征中。由于L型微带带阻谐振器和CSRR带阻谐振器组成的无芯片标签都有最低谐振频率的二次谐波干扰,用于编码的频谱范围受到最低谐振频率二次谐波的限制;并且需要两面收发正交的超宽带天线,额外增加了标签面积;标签工作时还需要分别和读写器发收正交的超宽带天线对准。针对这些不利的因素,提出自谐振的I型缝隙无芯片标签,它去掉了两面正交的超宽带天线,减小了标签面积。由于I型缝隙没有二次谐波,增大了可供编码的频带宽度。最后制作了4 bits和12 bits几种典型编码的无芯片标签并进行测试,测试结果和仿真结果相符。这种标签的编码密度达到1.58 bits/cm~2,编码容量为3 bits/GHz,读写器采用高增益的喇叭天线,通信距离达到20 cm。3.提出基于矩形缝隙环嵌套的无芯片标签。虽然I型缝隙谐振器增加了可用编码的频带宽度,但是还会受到三次谐波的干扰,同时入射波激励电场方向必须要和I型缝隙垂直。提出的矩形缝隙环嵌套的无芯片标签很好地解决了这些问题,矩形缝隙环谐振器没有二次、三次、四次谐波,进一步拓展了可供编码的频带宽度;在偏离法向方向不大于30°的情况下,入射波激励电场的方向没有限制。选择矩形缝隙环嵌套,减小了标签面积。设计12 bits编码的无芯片标签面积只有35 mm×35 mm。这种标签编码密度0.98 bits/cm~2,编码容量1.9 bits/GHz,测试时采用高增益的喇叭天线,通信距离可以达到50 cm。