Chipeless Substrate Integrated Waveguide Tag for a Millimeter Wave Identification

Présentement, l'identification à ondes millimétriques (MMID) est une technologie émergente qui pourrait être présentée comme une évolution de l'identification par radiofréquence (RFID) qui fonctionne à des bandes de fréquence relativement basse aux bandes de fréquence à ondes millimétrique. Ces bandes de fréquences offrent les avantages d'avoir des antennes de plus petite taille, un débit de données plus élevé et des modules de lecteur plus compacts. Également, des antennes à faisceau étroit peuvent être mises en oeuvre afin d'assurer la détection de l'emplacement. Le concept MMID peut être intégré avec les applications futures de la technologie à ondes millimétriques dans la communication sans fil tels que 5G. Le guide d'ondes intégré au substrat (SIW) avec son blindage naturel présente des performances exceptionnelles dans la conception de circuits en bande d'ondes millimétriques, le SIW peut être intégré facilement avec d'autres circuits planaires (circuits passifs ou actifs). Des tags sans puce MMID basé sur la technologie SIW sont présentés dans ce mémoire. Tout d'abord, un système MMID basé sur une modulation dans le domaine temporel est étudié. Un modèle théorique généralisé est construit prenant en compte le phénomène de multireflection existant dans un tag basé sur la technique de réflectométrie à dimension temporelle (TDR). Le bilan de liaison du système TDR MMID est étudié. Un procédé d'égalisation qui dépend de la largeur de l'impulsion, les caractéristiques de la ligne de transmission, l'intervalle temporel entre deux bits, la sensibilité du lecteur et de la fréquence de fonctionnement du système MMID est proposé dans le but de définir le nombre maximal de bits possible par rapport à la distance. Cette méthode définie aussi la valeur exact du coefficient de réflexion de chaque discontinuité du code binaire. Deuxièmement, la propriété de la structure déployée SIW est étudiée. L'étiquette SIW proposée, composée de 4 iris symétriques dans le plan H avec antenne à fente intégrée, est étudiée théoriquement et expérimentalement. Une configuration de mesure est construite pour lire la balise fabriquée, et les résultats de mesure sont en bon accord avec les homologues théoriques. On étudie le guide d'ondes intégré au support demi-mode (HMSIW) qui peut réduire la largeur du guide d'ondes de moitié. L'étiquette HMSIW conçue se compose de 4 iris simple dans le plan H avec l'antenne à fente intégrée HMSIW. En outre, on étudie le guide d'onde intégré à substrat en ondes lentes (SW-SIW) afin de réduire la vitesse du groupe de SIW.

Abstract

Presently, millimeter-wave identification (MMID) becomes an emerging technology as an alternative development of the conventional radiofrequency identification (RFID), which extends operating frequency from low-frequency band to millimeter-wave range. Over these millimeter-wave frequency bands, the advantages of smaller antenna size, higher data rate and more compact reader module could be realized and the function of location sensing could be implemented through narrow-beam antennas. Furthermore, the MMID concept could provide a compatible design platform in connection with the future applications of millimeter-wave technology in wireless communication such as 5G. Substrate integrated waveguide (SIW) with its self-shielding nature presents an outstanding performance in circuit design over the millimeter-wave band, SIW can be integrated with planar circuits (passive or active). Chipless MMID tag based on SIW technology is presented in this dissertation. Firstly, MMID system based on time-domain modulation is studied, and a generalized theoretical modeling is developed, which accounts for the existing multireflection issue during the tag design. An equalization method is examined based on the link budget of the TDR MMID system, which could be used for finding the maximum encodable bits versus the distance. Secondly, the property of the deployed SIW structure is investigated. The proposed SIW tag, consisting of 4 symmetrical iris in H-plane with integrated slot-antenna, is studied theoretically and experimentally. A measurement setup is constructed to read the fabricated tag, and measurement results are in good agreement with theoretical counterparts. Half mode substrate integrated waveguide (HMSIW) that can reduce the waveguide width by half is investigated. The designed HMSIW tag consists of 4 single iris in H-plane with the integrated HMSIW slot-antenna. In addition, slow-wave substrate integrated waveguide (SW-SIW) is studied in order to reduce the group velocity of SIW. The designed SW-SIW tag consists of 4 bits information by changing the height of the blind vias. A novel slow-wave half mode substrate integrated waveguide (SW-HWSIW) is proposed in order to further minimize the size of the MMID tag. The designed SW-HMSIW tag also shows a good performance over the operating frequency of the MMID system. Finally, the comparison of these four types of tag is conducted to present the difference.