UHF频段射频识别系统与天线研究

论文摘要

近年来，射频识别(RFID)技术，特别是UHF频段的反射调制式RFID技术的研究与应用发展较快。本论文全面研究了UHF频段反射调制式RFID系统及天线领域的关键技术，其主要内容为： 第一，本文系统分析了反射调制式RFID阅读器和标签的工作原理和特点。剖析了阅读器前端发射和接收模块的组成，并提出了一种结构简单，低成本的多通道直接检波电路，以替代常见的IQ混频式阅读器射频接收电路。描述了RFID标签阻抗的测量方法和标签天线测量的方法。 第二，本文系统化研究了偶极子RFID标签天线与标签IC的阻抗匹配方法，包括寄生单元加载技术和弯折线加载技术。不仅通过实验探索寄生振子单元和弯折线的几何参数对RFID标签天线电阻和电抗的影响，而且对其影响的成因和规律给出了经验公式和理论上的解释，推广到对任意阻抗的RFID标签IC的标签天线设计工作。 第三，分形理论是天线多频段和小型化设计的有力工具。本文将分形理论应用到RFID标签天线设计中，达到天线结构尺寸缩减的目的。研究了Manderlbrot、分形树、Koch和Hilbert等若干种分形天线结构对RFID标签天线性能的影响，验证了基于分形结构的RFID标签天线具有较好的尺寸缩减优点。 第四，本文研究了Minkowski分形结构对微带天线特性的影响，设计并制作了基于Minkowski分形的阅读器贴片天线和阅读器阵列天线。实践证明，Minkowski分形微带天线适合应用在阅读器天线和天线阵列中，且具有较好的尺寸缩减特性。

论文目录

• 摘要
• 摘要（英文）
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 射频识别（RFID）技术简介
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的研究内容与组织结构
• 第二章 天线基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 天线基础
• 2.2.1 天线的辐射场
• 2.2.2 天线的阻抗
• 2.2.3 天线的极化
• 2.2.4 天线的方向性系数
• 2.3 微带天线
• 2.3.1 微带天线简介
• 2.3.2 传输线分析方法
• 2.4 矩量法
• 2.4.1 矩量法原理
• 2.4.2 电场积分方程（EFIE）
• 2.5 小结
• 第三章 UHF频段 RFID系统分析
• 3.1 引言
• 3.2 RFID阅读器
• 3.2.1 阅读器结构与工作原理
• 3.2.2 多通道检波接收电路设计
• 3.3 RFID标签
• 3.3.1 RFID标签工作原理
• 3.3.2 RFID标签阻抗的测量方法
• 3.3.3 RFID标签天线的测量方法
• 3.4 RFID协议标准
• 3.4.1 国际标准化组织（ISO）标准
• 3.4.2 全球产品电子编码（EPC Global）标准
• 3.5 RFID系统的全球频谱规范
• 3.6 小结
• 第四章 偶极子标签天线的加载技术
• 4.1 引言
• 4.2 弯折线加载的偶极子标签天线
• 4.3 寄生单元加载的偶极子标签天线
• 4.4 小结
• 第五章 分形理论应用于 RFID标签天线设计
• 5.1 引言
• 5.2 分形天线基础
• 5.2.1 分形理论简介
• 5.2.2 分形迭代函数系统算法（IFS）
• 5.2.3 分形天线的结构与特点
• 5.3 Manderlbrot分形标签天线
• 5.3.1 偶极子天线“分支线”的尺寸缩减特性
• 5.3.2 基于 Manderlbrot分形的标签天线研究
• 5.4 “分形树”标签天线
• 5.5 Koch分形标签天线
• 5.6 Hilbert分形标签天线
• 5.7 小结
• 第六章 分形阅读器天线研究
• 6.1 引言
• 6.2 Minkowski贴片天线的尺寸缩减特性
• 6.3 Minkowski贴片阅读器天线的设计与制作
• 6.4 基于 Minkowski分形的阅读器阵列天线
• 6.4.1 微带阵列天线简介
• 6.4.2 Minkowski分形阅读器阵列天线仿真
• 6.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 发表的学术论文
• 致谢