超高频柔性抗金属RFID标签天线研究设计

发布时间：2021-07-03 09:41

物联网是现代信息产业的重要组成部分,射频识别技术(RFID)可以实现全球范围内物品信息的共享和跟踪,是物联网的基石。超高频(UHF)射频识别技术因其读取距离远、读取速率快等优点而得到广泛的关注和应用。但是,随着应用需求的增加和应用范围的扩展,RFID标签的需求越来越多样化,这使得标签天线的设计要求也越来越高。抗金属标签天线是为解决常规标签天线在金属环境下不能正常工作而提出的一种特殊标签天线,但是目前常见抗金属标签天线厚度较厚,应用还存在一定的局限性,因此,本文重点研究了柔性抗金属标签天线,可以有效解决标签天线应用在弯曲金属表面的问题。超高频柔性抗金属标签天线是在超高频抗金属标签天线的基础上,采用柔性介质基板,设计出在弯曲或共形到金属物体表面仍然能够正常工作的RFID标签天线。本文主要研究内容如下:首先,基于超高频RFID系统,根据标签的读取距离,通过对标签最大读取距离的计算,进一步分析了标签天线参数对标签最大读取距离的影响。然后,对于普通的类偶极子类RFID标签天线,研究了金属对该类标签天线参数的影响,进一步分析抗金属标签天线的设计方法并提出了柔性抗金属标签天线的设计原则;研究了类偶极子标签天线在弯曲共形之后的性能变化,便于进一步分析设计可共形的抗金属标签天线。接着,设计出一种基于短路短截线馈电的柔性PIFA抗金属RFID标签天线,该天线尺寸为51×25×1mm3,采用介质材料为泡棉,具有尺寸小、重量轻、价格便宜、易弯曲共形等特点,并且在共形后仍具有较好的读取性能。进一步地,设计出微带型柔性抗金属RFID标签天线,天线厚度为0.5mm,具体低剖面、可弯曲、低成本等优点。通过研究厚度对该类型标签天线的影响,并在此基础上设计出一种超薄的微带型柔性抗金属RFID标签天线,天线厚度仅为0.25mm,具有超薄的尺寸和较好的性能,是目前已知最薄的抗金属标签天线,具有较高的研究及应用价值。最后,研究了设计出的柔性抗金属标签天线共形到金属和非金属表面后的性能变化,表明标签天线具有较好的弯曲及共形性能。仿真与测试结果表明设计的柔性抗金属标签天线具有较好工作性能,满足设计目标和应用需求。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN820;TP391.44

文章目录

摘要

abstract

第一章绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 RFID标签及系统概述

1.2.1 RFID的发展及应用

1.2.2 RFID系统组成

1.2.3 RFID标签分类

1.3 超高频抗金属标签天线研究现状

1.3.1 超高频抗金属标签天线简介

1.3.2 抗金属标签天线研究现状

1.4 本文研究内容及安排

第二章超高频RFID标签天线基础

2.1 引言

2.2 超高频RFID反向散射工作原理

2.3 超高频RFID标签天线性能参数

2.3.1 标签天线阻抗

2.3.2 功率传输系数

2.3.3 功率反射系数

2.3.4 辐射方向图和增益

2.3.5 标签天线带宽

2.3.6 标签天线雷达散射截面(RCS)

2.4 标签读取距离研究

2.4.1 标签最大读取距离的计算

2.4.2 标签天线参数对读取距离的影响分析

2.5 超高频RFID标签测试

2.5.1 标签最大读取距离的测量

2.5.2 标签天线阻抗测试

2.5.3 标签天线方向图测量

2.6 小结

第三章柔性抗金属标签天线设计

3.1 引言

3.2 柔性抗金属标签天线设计方法

3.2.1 金属表面对标签性能的影响

3.2.2 超高频抗金属标签天线理论基础

3.2.3 柔性抗金属标签天线设计原理

3.3 柔性PIFA抗金属标签天线设计

3.3.1 天线结构及模型

3.3.2 仿真分析

3.4 柔性微带抗金属标签天线设计

3.4.1 天线结构及模型

3.4.2 仿真分析

3.4.3 测试结果

3.5 超薄柔性微带抗金属标签天线设计

3.5.1 厚度对微带型标签天线的影响

3.5.2 超薄抗金属标签天线的设计

3.5.3 超薄抗金属标签测试结果

3.5.4 几种柔性抗金属标签天线性能对比

3.6 小结

第四章柔性抗金属标签天线的共形设计

4.1 引言

4.2 标签弯曲性能的影响研究

4.2.1 标签天线结构及仿真结果

4.2.2 弯曲性能影响研究

4.3 柔性微带标签天线的共形设计

4.3.1 标签天线共形仿真分析

4.3.2 标签天线共形测试结果

4.4 小结

第五章总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

作者在硕士期间的研究成果

【参考文献】