RFID标签天线优化设计

论文摘要

射频识别技术(RFID)具有数据容量大、使用寿命长、环境适应能力强、能实现无线远距离识别和高速运动下识别等突出优点,已成为自动识别领域的热点研究方向,被誉为21世纪十大重要技术之一。随着计算机信息技术和超大规模集成电路技术的发展,以及芯片微型化封装技术的日趋成熟,射频识别技术已经越来越多地应用在物流仓储、商品零售、工业制造、资产管理、交通运输、动物识别、军事航空和防伪等不同领域。随着应用需求的不断明确和应用领域的不断拓展,作为RFID系统关键部件的天线的设计和研究变得十分紧要和迫切。天线技术是RFID系统的关键技术之一,对RFID技术的成熟和广泛应用具有理论意义和实用价值。其中,标签天线由于受到尺寸、成本、工作环境等方面的限制,日益受到人们关注。标签天线的小型化、低成本、宽频带和高性能实现成为设计者追求的目标。本文将遗传算法和时域有限差分方法相结合,研究碎片标签天线的优化设计。首先回顾了RFID的发展历史,对标签天线设计面临的挑战进行分析。接着介绍时域有限差分方法的基本理论,并将时域有限差分方法应用于碎片天线的分析计算。然后阐述了遗传算法的基本原理,研究碎片天线的优化设计。在此基础上,优化得到UHF和微波频段碎片标签天线形式,并对2.45GHz标签天线进行加工制作和实验测试。最后,仿真分析了物体对标签天线性能的影响。本文的主要工作包含以下两个方面:理论方面,研究了时域有限差分方法在薄片天线阻抗计算中的运用,得到适合薄片天线的阻抗计算方法;研究了碎片天线优化中遗传算法控制参数和策略的选取,得到最优策略和最佳参数取值范围。应用方面,将以上研究结论运用到碎片标签天线的设计过程,得到UHF和微波频段的标签天线形式,实现了天线的优化和小型化设计。仿真和实验测试表明,本文的优化设计方法是正确有效的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 RFID 发展历史
• 1.2 RFID 标签天线
• 1.3 论文的主要工作及章节安排
• 第二章 碎片天线的FDTD 分析
• 2.1 引言
• 2.2 基本原理
• 2.2.1 FDTD 方程
• 2.2.2 数值稳定性
• 2.2.3 吸收边界条件
• 2.2.4 激励源
• 2.3 FDTD 在薄片天线阻抗计算中的应用
• 2.3.1 阻抗计算方法研究
• 2.3.2 激励源设置
• 2.3.3 PML 设置
• 2.3.4 对称面设置
• 2.3.5 实验验证
• 2.4 本章小结
• 第三章 碎片天线的GA 优化研究
• 3.1 引言
• 3.2 基本原理
• 3.3 控制参数和策略
• 3.3.1 控制参数
• 3.3.2 策略
• 3.4 碎片标签天线优化中控制参数和策略的选取
• 3.5 本章小结
• 第四章 碎片标签天线优化设计
• 4.1 设计流程
• 4.2 2.45GHz 标签天线设计
• 4.3 UHF 标签天线设计
• 4.4 介质基板的影响
• 4.4.1 不同介质
• 4.4.2 不同介质厚度
• 4.4.3 不同介质宽度
• 4.5 金属的影响
• 4.5.1 不同金属底板尺寸
• 4.5.2 改变天线和金属底板之间的距离
• 4.6 本章小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果