Çipsiz RFID etiketler için filtre teorisi ve çok modlu rezonatörler temelli hibrit tasarım yaklaşımı

Abstract

Bu tez çalışmasında çok modlu rezonatörler ve band durduran mikrodalga filtreler kullanılarak hibrit model çipsiz Radyo Frekansı Tanımlama (Radio Frequency Identification-RFID) etiket tasarımı sunulmaktadır. Tasarlanan çipsiz RFID etiket ile farklı kodlar elde etmek amacıyla farklı frekanslarda ve farklı boyutlarda çok modlu rezonatör ve filtre tasarımları ele alınmaktadır. Çok modlu rezonatör olarak, açık uçlar arasında interdigital kapasitörlere sahip olan dış ve iç açık halka rezonatörlerden oluşan çift rezonans karakteristiği sergileyen eş yönlü ayrık halka rezonatör (Co-Directional Split Ring Resonator-CDSRR) kullanılmaktadır. Tasarlanan rezonatör yapısı ile dört farklı kod elde edilmektedir. Band durduran filtre ise, tek rezonansa sahip açık devre sonlandırılmış yan hatlar ile tasarlanmaktadır. Bu band durduran filtre yapısı ile iki farklı frekans kodu elde edilmektedir. Rezonatör ve band durduran filtre yapısının besleme hattına kuplajlanması suretiyle hibrit bir rezonans devresi konfigürasyonu elde edilmektedir. Etiket tasarımında iki adet rezonatör ve sekiz adet yan hat kullanılmaktadır. Yan hatlardan sekiz farklı rezonans frekansı elde edilirken, rezonatörlerden dört farklı rezonans frekansı elde edilebilmektedir. Her bir rezonans frekansı bir biti temsil etmek suretiyle, tasarlanan rezonatörler 4 bit ve 2^4 farklı kod, yan hatlar ise 8 bit ve 2^8 farklı kod oluşturulmasına izin vermektedir. Tez kapsamında ayrıca iki adet elipsten oluşturulmuş geniş band monopol anten tasarımı da sunulmaktadır. Tasarlanan anten ve rezonans devresinin çalışma frekansları 2-6 GHz arasındadır. İki monopol anten rezonans devresinin giriş ve çıkış portları yerine dikey ve yatay kutuplanmada yerleştirilerek çipsiz RFID etiket tasarlanmaktadır. Tasarlanan etiketlerden iki farklı koda sahip devre imal edilmiş ve testleri huni antenler yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan hibrit model çipsiz RFID etiket tasarımı 12 rezonans frekansına ve toplamda 2^12 farklı kod kapasitesine sahiptir. Ölçüm ve simülasyon sonuçları arasında iyi bir uyum olduğu gözlenmiştir.

In this thesis, a hybrid model chipless Radio Frequency Identification (RFID) tag design is presented by using multi-mode resonators and bandstop microwave filters. In order to obtain different codes with the designed chipless RFID tag, multi-mode resonator and filter designs at different frequencies and different sizes are discussed. Co-Directional Split Ring Resonator (CDSRR), which exhibits double resonance characteristics, consisting of outer and inner open ring resonators with interdigital capacitors between the open ends, is used as a multi-mode resonator. Four different codes are obtained by virtue of the designed resonator structure. The bandstop filter is designed by single resonant open-circuited stubs. Two different frequency codes are obtained with the bandstop filter structure. A hybrid resonant circuit configuration is obtained by coupling the resonator and bandstop filter structure to the feeding line. Two resonators and eight open-circuited stubs are used in the tag design. Four different resonance frequencies can be obtained from the resonators, while eight different resonance frequencies are obtained from the open-circuited stubs. Each resonant frequency represents one bit so that the designed resonators allow 4 bits and 2^4 different codes, and open-circuited stubs allow 8 bits and 2^8 different codes. In the thesis, a wideband monopole antenna design formed by two ellipses is also presented. Operating frequencies of the designed antenna and resonant circuit are between 2-6 GHz. A chipless RFID tag is designed by placing two monopole antenna resonant circuits in vertical and horizontal polarization instead of input and output ports. Circuits with two different codes were manufactured from the designed tags and tests were carried out with the help of horn antennas. The designed hybrid model chipless RFID tag design has 12 resonance frequencies and a total of 2^12 different codecapacities. A good agreement was observed between the measurement and simulation results.