RFID标签天线及圆极化天线的研究

发布时间：2017-09-18 03:19

  本文关键词：RFID标签天线及圆极化天线的研究

  更多相关文章： RFID 标签天线 阅读器天线 阻抗匹配 宽带天线 抗金属 圆极化天线

【摘要】：物联网,作为新一代的信息技术,一经提出便引起了各界的广泛关注。世界各国纷纷采取行动,将其作为推动科技和经济发展的战略增长点。而射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID),作为物联网感知层中不可或缺的一项技术也正在得到快速的发展。RFID技术从起源至今经历了半个多世纪的发展已日趋成熟,但是仍然有待改进或突破的地方。RFID天线作为RFID系统中重要的组成部分,其性能的好坏会直接影响整个系统的性能。所以对RFID天线的研究对提升RFID系统的性能乃至推动RFID技术的发展有着非常重要的意义。本文将以天线的基本理论为基础,结合RFID天线的关键技术,分别设计了高性能的标签天线和阅读器天线,具体研究内容归纳如下：针对标签天线,对其关键的阻抗匹配技术、小型化技术、带宽提升技术做出了研究。一方面,设计了一个易于阻抗匹配的标签天线,通过在原嵌入槽贴片上引入一个C型槽,激励起一个新的谐振模式。C型槽的长度和离馈源的距离分别调节谐振的频率和强度,结合对原嵌入槽尺寸的调节可以实现天线输入阻抗实部与虚部的独立调节。然后为了提升天线的性能,对天线结构做了改进。用开路L型槽代替原来的C型槽,并将馈源处嵌入槽改为了H型。修改后的天线不仅实现了-8dB|S11|带宽覆盖全球超高频RFID频带,而且相比之前的设计具有更远的阅读距离和更小的尺寸。另一方面,针对金属表面的应用场景设计了抗金属的标签天线。同样地,先设计了一款较为简单的抗金属标签,然后对其进行了改进。由于使用了耦合馈电,实现了更宽的带宽,同时在阅读距离方面也优于前者。带宽性能的提升很好地缓解了实际应用过程中因FR4基底介电常数不稳定造成的频率偏移对标签性能的不良影响。针对阅读器天线,对圆极化理论及常见的圆极化天线的实现方向进行了研究。首先,将宽槽结构引入到圆极化天线的设计中,充分利用其宽阻抗带宽特性,并通过合理地设计天线结构实现了宽带的圆极化工作。为了便于理解天线的设计原理或将其移植到其他频带应用,给出了详细的设计步骤并对关键参数做了分析。该天线尺寸小、结构简单、而圆极化带宽超过了50%,具有非常不错的性能表现。为了验证仿真结果的正确性,对该天线进行了加工和测试,测试结果与仿真结果基本一致。然后,为了用于超高频RFID阅读器应用,依据前面所归纳的设计步骤将该天线移植到了UHF RFID频段。天线的宽带性能得到了保持并没有因为频率的移植而退化.由此可以看出此天线性能的优异性及设计步骤简便性。最后将天线的各项仿真结果,与已有的一些RFID阅读器天线进行了列表比较。本天线显示出了十分不错的综合性能。
【关键词】：RFID 标签天线 阅读器天线 阻抗匹配 宽带天线 抗金属 圆极化天线
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN821.1;TP391.44
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 RFID技术简介13-17
• 1.2.1 RFID技术发展历程13-14
• 1.2.2 RFID系统组成14
• 1.2.3 RFID系统分类14-17
• 1.3 RFID天线的研究现状17-19
• 1.4 本论文的主要思路和研究内容19-21
• 1.5 本论文的结构安排21-22
• 2 天线基本理论22-30
• 2.1 电磁学基础22-24
• 2.2 天线辐射问题的求解24-26
• 2.3 天线的重要参数26-30
• 2.3.1 方向图26-27
• 2.3.2 方向性和增益27
• 2.3.3 天线阻抗和辐射效率27-30
• 3 RFID天线关键技术30-40
• 3.1 标签天线30-37
• 3.1.1 阻抗匹配技术30-32
• 3.1.2 小型化技术32-33
• 3.1.3 标签天线的测量技术33-37
• 3.2 阅读器天线37-40
• 3.2.1 圆极化理论37-38
• 3.2.2 圆极化天线的设计38-40
• 4 超高频RFID标签天线的设计40-56
• 4.1 引言40
• 4.2 易于阻抗匹配的宽带标签天线设计40-46
• 4.2.1 初始天线结构和设计流程40-42
• 4.2.2 面向全球应用的改进设计42-44
• 4.2.3 关键参数分析及仿真结果44-46
• 4.3 抗金属标签天线的设计46-53
• 4.3.1 初始天线设计及其仿真测试结果47-50
• 4.3.2 耦合馈电抗金属标签设计与分析50-51
• 4.3.3 仿真与测试结果51-53
• 4.4 本章小结53-56
• 5 基于宽槽天线的宽带圆极化天线设计56-68
• 5.1 引言56
• 5.2 宽带圆极化宽槽天线的设计56-63
• 5.2.1 天线的结构、设计与分析56-61
• 5.2.2 仿真与测试结果61-63
• 5.3 超高频RFID频段的实现63-66
• 5.4 本章小结66-68
• 6 总结与展望68-70
• 6.1 本论文的内容总结68-69
• 6.2 本论文后续工作的展望69-70
• 参考文献70-76
• 作者简历76

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