超材料无线射频能量收集RFID标签系统

发布时间：2020-11-10 17:20

　　 随着射频识别技术与物联网的迅速发展,人们开始将低成本,低功率的RFID标签应用到无线传感器网络中,利用RFID标签天线小型化的特点减小传感器网络节点的体积。同时,由于射频能量具有可持续性和可靠性等优点,使用无线射频能量给传感器充电能够增加传感器节点的使用寿命,并且将无源标签天线与各种传感器相结合,实现随时随地的计算与感知。本论文以超材料原理为基础,主要研究RFID标签的小型化设计和无线射频能量收集设计理论,并将射频设别与能量收集功能集成到同一天线中,同时研究射频能量转换问题,建立了一个集成无线射频能量收集的小型化自供电RFID标签系统。具体研究工作如下:1.集成无线射频能量收集的小型化RFID标签天线设计。基于开口环谐振器的基本原理,设计了一个同时满足射频识别功能和无线射频能量收集功能的超材料标签天线,并对它的阻抗匹配,辐射特性和无线能量收集效率进行分析。分析天线端口位置对阻抗的影响,简化天线与芯片之间匹配电路设计。设计的标签尺寸为27mm?27mm,满足标签小型化的需求,且最大读取距离为7.22m。在中心频率为2.4GHz时,射频能量收集效率可达23%。2.高效无线射频能量收集的小型化RFID标签天线设计。对前述所设计的天线进行改进,设计了一个尺寸为25.5mm?25.5mm的高效射频能量收集标签天线。对其射频识别性能进行分析,该标签天线在其所在平面的辐射为全向辐射,最大读取距离为8.17m。分析该标签天线的无线射频能量收集性能,在中心频率为5.95GHz时,射频能量收集效率可达96%。针对实际应用中射频能量入射方向不明的特点,分析了该能量收集标签天线的角度稳定性,在入射电磁波角度为00 450的范围内,其射频能量收集效率可达85%以上。3.无线射频能量收集RFID标签天线系统设计。针对所设计的高效无线射频能量收集RFID天线,对无线射频能量收集RFID标签天线的系统进行研究。设计了一款低功率输入的5.8GHz整流电路,并通过加载谐波抑制枝节减小经过二极管整流后的高次谐波反射,提高了整流电路的效率。在输入功率为-10d Bm时,整流电路的效率为13.2%,在输入功率为0d Bm时,整流效率为25.2%。对系统进行加工测试,实验结果表明标签天线在915MHz时为全向辐射且最大读取距离为7.89m,在5.9GHz时最大的能量收集效率为43.2%。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP391.44;TN820
【部分图文】：

图1.1 微带 RFID 标签天线结构及读取距离[24]图1.2 改进型微带 RFID 标签天线设计[25-26]由于倒 F 天线一般具有复杂的匹配网络并且一般都设计有接地的通孔，增加了RFID 标签的制作难度和生产成本，人们采用偶极子及其变形结构简化标签天线的设计。图 1.3(a)为 Yamada Y 等人设计了一款 30mm*30mm 的曲线型天线，他们通过对

[46]，天线的具体设计如图 1.9 所示。图1.9 双天线自供电 RFID 标签系统，(a)双天线自供电 RFID 系统[45]，(b)携带电池的双天线RFID 系统[46]图1.10 集成太阳能采集的自供电 RFID 标签系统[47-48]提出将收集太阳能为无源 RFID 标签供电的方法[47]，采用标签天线作为双功能元件，与在与 RFID 阅读器通信的同时采集射频能量，附着在天线上的太阳能板采集太阳能作为辅助电源，大大增加了标签天线的工作范围，天线结构如图 1.10(a)所示。Abdulhadi A E 等人提出了一个覆盖有太阳能薄膜的多端口微带贴片天线[48]，天线的

RFID 系统[46]图1.10 集成太阳能采集的自供电 RFID 标签系统[47-48]提出将收集太阳能为无源 RFID 标签供电的方法[47]，采用标签天线作为双功能元件，与在与 RFID 阅读器通信的同时采集射频能量，附着在天线上的太阳能板采集太阳能作为辅助电源，大大增加了标签天线的工作范围，天线结构如图 1.10(a)所示。Abdulhadi A E 等人提出了一个覆盖有太阳能薄膜的多端口微带贴片天线[48]，天线的
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本文编号：2878164