无源超高频RFID系统标签识别性能研究

论文摘要

作为一种新兴的自动识别技术,射频识别（RFID）技术利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）进行非接触双向通信,实现信息传递并达到识别目标的目的。与其他的识别技术相比起来,RFID技术具有读写距离长、数据容量大、操作方便、安全可靠等优点,拥有着巨大的发展前景和应用潜力。随着RFID技术的广泛应用,其使用范围越来越大,工作环境越来越复杂,这对RFID系统工作性能提出了更高的要求。对RFID标签来说,标签天线作为射频识别的空中接口,它在与阅读器通信中具有桥梁的作用,是保证系统通信的关键部件。标签天线很大程度上就决定了标签的识别性能,尤其是在无源超高频系统中,对标签天线的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文首先介绍了RFID系统的相关知识,说明其系统组成、工作原理；接下来阐述了天线基本原理,包括衡量天线性能的各项电参数指标以及辐射、接收和散射的概念,并从能量传播的角度,利用雷达散射原理科学分析UHF频段无源RFID标签的工作原理；然后对影响标签识别性能的因素进行了研究与分析,重点分析了雷达散射截面（RCS）对标签识别性能的本质影响,从理论上证实了雷达散射截面是决定标签性能的关键因素之一;最后提出了一种基于RCS对标签识别距离进行计算的新方法,以工作频率为860-960MHz的UHF频段的两种实际商业应用的无源RFID标签为研究对象,运用高频电磁场仿真软件FEKO对标签天线进行建模仿真,估算标签的最大识别距离,并与通过实验得到的实际测量结果进行比较。结果表明,理论分析与实验测量结果保持一致,证实了该方法对研究标签识别性能具有很好的借鉴意义。因此,本文以UHF频段RFID标签性能为研究对象,通过理论分析、电磁场仿真和实际测量,分析影响RFID标签识别性能的主要因素,最后提出参考性建议,将对RFID标签的研发与制作,特别是标签天线的设计具有十分的重要的理论意义和现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 RFID的发展历史及技术优势
• 1.2.1 RFID的发展历史
• 1.2.2 RFID的技术优势
• 1.3 RFID的国内外研究现状及发展方向
• 1.3.1 RFID的国内外研究现状
• 1.3.2 RFID的发展方向
• 1.4 本文结构及主要研究内容
• 第2章 RFID系统分析
• 2.1 RFID系统工作的物理学原理
• 2.1.1 RFID技术的基本概念
• 2.1.2 RFID系统的工作原理
• 2.1.3 RFID系统的基本工作流程
• 2.1.4 RFID系统的常用频段
• 2.2 UHF频段RFID标签
• 2.2.1 UHF频段RFID标签分类
• 2.2.2 UHF频段RFID标签的结构
• 2.2.3 UHF频段无源RFID标签的工作原理
• 2.3 小结
• 第3章 天线理论及标签天线工作原理
• 3.1 天线基本理论
• 3.1.1 天线的方向性系数和方向图
• 3.1.2 天线效率
• 3.1.3 天线增益
• 3.1.4 天线输入阻抗及其相关特性
• 3.1.5 天线的有效接收面积
• 3.1.6 天线的工作频带
• 3.1.7 天线的极化
• 3.2 标签天线的工作原理
• 3.2.1 标签天线的RCS原理
• 3.2.2 标签天线的RCS分析
• 3.3 小结
• 第4章 UHF频段标签识别性能的影响因素研究
• 4.1 RCS对标签识别性能的影响
• 4.2 天线极化特性对标签识别性能的影响
• 4.3 阻抗匹配对标签识别性能的影响
• 4.3.1 阻抗匹配概念
• 4.3.2 阻抗匹配原理
• 4.3.3 阻抗匹配衡量参数
• 4.4 标签天线品质因数对标签识别性能的影响
• 4.5 小结
• 第5章 UHF频段标签识别距离研究
• 5.1 识别距离估算
• 5.1.1 识别距离的影响因素
• 5.1.2 识别距离的计算
• 5.2 电磁场仿真
• 5.2.1 电磁仿真软件FEKO介绍
• 5.2.2 仿真天线建模
• 5.2.3 仿真设置
• 5.2.4 仿真结果及分析
• 5.3 实验测试
• 5.3.1 实验配置及安装
• 5.3.2 实验方法
• 5.3.3 实验测试结果及分析
• 5.4 小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录