【摘要】：在物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IoT)技術(shù)不斷發(fā)展的進程中,射頻識別(Radio frequency 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制對RFID標簽開展安全防偽研究:一,物理摧毀防偽安全機制;二,標簽數(shù)據(jù)防偽安全機制;三,標簽芯片電路防偽安全機制。然而,物品本身與標簽芯片所儲存信息間的匹配問題并不能通過這三類機制保障。標簽所貼附的物品本身與標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,實際中,標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及不同類型天線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)綁定標簽設(shè)計,電導(dǎo)率標定標簽設(shè)計,金屬感應(yīng)標簽設(shè)計及物性傳感器設(shè)計在內(nèi)的四類,十一款標簽設(shè)計,最后給出了精細的測試驗證。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)率的變化都會對遠區(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)合物性的射頻標簽中的重要意義。2.物性感知射頻標簽設(shè)計研究。首先定義物性感知性能衡量指標--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)變化敏感的射頻標簽設(shè)計。具體包括,在綁定介電常數(shù)的標簽設(shè)計中,首先通過對有效介電常數(shù)與天線尺寸間關(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)給出了具體標簽設(shè)計;在電導(dǎo)率標定標簽設(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)率標定標簽的設(shè)計思路,使用倒F天線結(jié)構(gòu)分別設(shè)計了一款可以標定低電導(dǎo)率的標簽及一款可以標定高電導(dǎo)率的標簽;在感知臨近金屬的標簽設(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)對物性感知標簽進行了設(shè)計類型劃分,并總結(jié)了對應(yīng)的設(shè)計思路。3.具有高物性綁定特性的射頻標簽設(shè)計研究�；谒槠Y(jié)構(gòu),結(jié)合多目標優(yōu)化技術(shù),給出進行高物性綁定特性標簽的設(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簽設(shè)計。其中,相比第二點內(nèi)容給出的相應(yīng)標簽,使用純離散變量設(shè)計的碎片型標簽擁有對介電常數(shù)更高的綁定特性,通過對碎片結(jié)構(gòu)與天線功能區(qū)進行分段映射,設(shè)計的一款碎片型倒F標簽可以更有效地對標簽所附溶液電導(dǎo)率進行標定,另一款倒F標簽則對臨近金屬擁有更高感應(yīng)靈敏度。4.介質(zhì)物性傳感器設(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值進行物性綁定標簽設(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簽變得對介電常數(shù)變化敏感。5.物性綁定標簽測試研究。通過對雙層介質(zhì)板等效介電常數(shù)地分析,給出與物性綁定標簽相配套的物品包裝指導(dǎo)建議及對介電常數(shù)敏感標簽的標簽襯底選取指導(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),并通過實物測量對結(jié)構(gòu)進行驗證,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)計的標簽進行了測試。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)合物性的射頻標簽設(shè)計方法及相關(guān)標簽設(shè)計,為保障RFID信息安全提供了一套新的思路。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.44

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本文編號：2432877