适应多环境的RFID标签天线的研究与设计

发布时间：2020-04-01 16:50

【摘要】：射频识别(RFID)技术是近年来迅速发展的一种自动识别技术。随着物联网的推广,以及传统自动识别技术不具备的优势,RFID技术被广泛应用于物流、生产、生活、医疗、国防等各个领域。RFID系统主要由电子标签、阅读器和系统级应用三大部分构成,电子标签的性能对RFID系统的整体性能有着主要影响,故电子标签的研究与设计受到广大学者和技术人员的关注。本文针对有芯片标签天线、标签MIMO天线以及无芯片标签传感器展开了研究,主要研究的问题有小型化、多环境适应性、传感特性等。论文的主要工作和成果如下:1.为实现RFID标签在多种环境下正常工作,提出了一种适应多环境的小型化超高频RFID标签天线。该天线由外层折叠贴片、中层U型地板和T型匹配网络构成。通过折叠外层贴片实现了小型化,天线总尺寸为26 mm×26 mm×7 mm(0.08λ×0.08λ×0.02λ)。引入中层U型地板,与折叠的外层贴片形成两个相邻谐振模式,实现了比较宽的频带效果。天线采用接近式耦合馈电和T型匹配网络,实现了与RFID芯片良好的共轭匹配。实验结果表明天线在3种典型环境下都具有完全覆盖从902 MHz到928 MHz超高频RFID工作频带的能力,能够满足适应多环境的应用需求。2.为了进一步提高RFID系统的通信速率和抗多径能力,提出一种适应多环境的超高频RFID MIMO标签天线。该天线由外层折叠贴片、中层方形贴片和介于两层介质板之间的弯折环形馈电网络构成。外层贴片的弯折实现了小型化,天线的总尺寸为35 mm×35 mm×6 mm(0.1λ×0.1λ×0.02λ)。弯折环形匹配网络的引入不仅激励了外层辐射体产生所需谐振频率,同时环形匹配网络与芯片形成谐振回路,这样也会产生一个与之相邻的谐振频率,从而可以实现频带展宽效果。匹配网络的正交放置可以改善端口间的隔离度。实验结果表明天线在3种典型环境下都具有完全覆盖从902 MHz到928 MHz超高频RFID工作频带的能力,而且隔离度都大于30 dB,包络相关系数非常小,能够满足适应多环境的应用需求以及MIMO性能要求。3.为了实现低成本RFID传感器设计,提出一种用于温度检测的无芯片超高频RFID标签传感器。该无芯片标签传感器由弯折偶极子和一对开口谐振环构成,利用低成本的蒸馏水作为敏感材料。采用平面电磁波照射获得传感器的反向散射信号,再利用雷达散射面(RCS)获取编码信息。实验结果表明该传感器的线性度以及灵敏度都比较好。综合考虑成本和性能以及随着整个RFID系统的逐渐完善,该传感器可以用于未来目标物体的识别和温度检测。
【图文】：

第二章 标签天线基础理论2.1 有芯片标签天线基础理论2.1.1 超高频 RFID 系统的工作原理与传统的接触式信息传递不同，在超高频 RFID 系统中，读写器和标签是通天线发射的电磁波来进行信息的传递。由于 RFID 标签是无源设备，激活标签芯所需要的能量是来自读写器天线发射的电磁波。图 2.1 是文献[40-41]所给出的 RF系统的工作原理图，标签接收来自阅读器天线发射的电磁波，，从而激活标签芯片将芯片内的标识信息经由标签天线发射出去，然后阅读器天线进行接收，从而实对信息的调制。在实际应用中，读写器模块参数的设置是固定的，所以衡量超高频 RFID 系工作性能的优劣主要取决于超高频 RFID 标签性能的好坏。由于超高频 RFID 标主要是由芯片和天线组成，在设计过程中要综合考虑这二者的性能指标。

图 2.2 芯片 Higgs-3 等效电路常将驻波比(Voltage Standing Wave义为天线的工作频段[44]。而对于 R带宽，即 VSWR 小于 5.85 或|S11|小相对带宽，表示方式如公式 2.1 和HL f f f0fffFBWHL ，fL为最低工作频率，f0是中心频益要是通过读取范围和读取距离决定一般在天线最大辐射方向上截取两
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.44;TN822

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本文编号：2610714