多用途超高频标签天线的设计与研究

发布时间：2021-03-10 07:02

　　随着物联网技术的发展,超高频（Ultra-High-Frequency,UHF）射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）技术也成为当下最有前景的研究热点之一。RFID系统的通信能力取决于标签工作特性和信道传输能力,由此标签天线是RFID系统的关键。随着射频识别技术的应用范围的扩展,电子标签常被贴敷于肌肉、血袋、装满水的塑料瓶和其他水分含量高的物体表面,这些特殊的电磁环境均会恶化标签天线的工作性能。本文重点研究三款多用途标签天线,有效解决了标签天线在肌肉、装满水的塑料瓶和金属表面的应用问题。本文的主要研究内容如下:首先,设计了一款椭圆环形标签天线,其辐射单元由四个主要的圆环,两个半圆环和四段圆弧由外沿的椭圆环围绕而成,该标签天线整体采用椭圆结构,其长轴和短轴分别为76mm、32mm。介绍了椭圆环形标签天线的演化过程,并进一步解释了其工作机理。标签贴敷于肌肉和装满水的塑料瓶表面,工作谐振频率保持稳定,标签天线和芯片阻抗共轭匹配,测试最大阅读距离达到7.8m和8.8m。接下来,设计了一款并联匹配椭圆环形标签天线,结构更加简单紧凑,该天线采用椭圆结构,... 

【文章来源】：成都信息工程大学四川省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

PRC 对标签阅读距离的影响

成都信息工程大学硕士学位论文第14页共64页~0ddZ=ZZ(2-41)0112212211221112221122(1-SS+SS-S-S)(1-S)(1-S)-SSdZZ=(2-42)其中Z0是天线连接的同轴线的特性阻抗，大多的测量系统为50Ω或者75Ω。对于对称馈电的平衡天线，有11221221S=S且S=S(2-43)那么公式（2-43）则应当表示为：2201112122211122(1S+S-2S)(1-S)-SdZZ=(2-44)双端差分阻抗测试方法具体操作如图2-6所示，这个测试系统主要由VNA和自制的双端差分测试夹具组成，首先连接测试夹具和VNA的SMA接头并延展VNA的校准平面到测试夹具的末端面，然后焊接测试夹具和待测天线，接着通过VNA实测得到天线端口的S参数，最后将测试的PRC和S12代入公式（2-43）或者公式（2-45），从而计算得到标签天线测试阻抗值。图2-6UHFRFID标签天线在暗室中阻抗测试示意图2.4.2功率反射系数测试对于平衡和不平衡结构差分激励的UHFRFID标签天线，其功率反射系数测试也不能直接通过VNA进行测量，同样需采用双端差分测试夹具进行测试。利用测试夹具可以直接测得端口校准平面的反射系数，但此时测得的反射并非标签天线的功率反射系数。由于测试夹具和矢量网络分析仪的同轴接口均为标准的50Ω，而标签天线的阻抗为具有较高电抗值的复数阻抗，需将测得的标签天线阻抗带入天线的功率反射系数修正公式计算间接获取PRC的测试值：*PRC20lgacacZZZZ=+(2-45)从而得到标签天线的功率反射系数。

成都信息工程大学硕士学位论文第17页共64页3.1.2标签天线的结构设计本节研究设计的椭圆环形标签天线能稳定地工作于肌肉和装满水的塑料瓶的表面，其结构如图3-2所示。该标签天线的介质基板采用厚度为0.8mm的F4B-2，其介电常数为2.65，损耗角正切为0.002。图3-2椭圆环形标签天线结构示意图该标签天线主要由环形微带馈线和辐射单元组成，主要由四个主环、两个半圆环和四段圆弧被外沿椭圆环围绕而成，其具体的结构参数如表3-2所示。采用中心对称结构实现了标签较好的全向性，采用椭圆环形结构和弯曲的环形微带馈线直接连接可以达到减小标签尺寸目的，其长轴为76mm，短轴为32mm。表3-2椭圆环形标签天线的参数及尺寸参数数值(mm)参数数值(mm)a76.0R28.0b32.0R310.0H0.8R411.0R17.0L13.0标签芯片选用Alien公司的H3，在915MHz时该芯片的等效特性阻抗为27-j201Ω[48]。为获取最大的传输功率，达到阻抗共轭匹配，在915MHz处标签天线的输入阻抗应为27+j201Ω[49]。图3-3为椭圆环形标签天线贴敷于肌肉和装满水的塑料瓶表面时的阻抗仿真结果，可以发现应用于可以发现应用于肌肉表面时，在915MHz处天线输入阻抗为27+j201Ω；当标签应用于装满水的塑料瓶表面时，在915MHz处天线输入阻抗为25+j201Ω，表明该标签天线阻抗和芯片阻抗共轭匹配良好。


本文编号：3074263