UHF频段RFID天线的小型化设计与分析

论文摘要

作为一项具有广泛应用前景的技术,射频识别（RFID）近年来已被广泛应用于社会、经济、国防等众多领域,随着射频识别技术的发展,系统各部件面临着小型化、共形化、低损耗、低成本等亟待解决的问题,其中,射频识别天线的小型化日益成为射频识别技术和应用领域的研究热点之一,在射频识别的众多频段中,中国对低频和高频频段的研究已经相对比较成熟,目前发展最快应用也最为广泛的UHF频段的RFID系统成为亟待国内学者研究的课题之一,本文选择UHF频段RFID系统的天线进行小型化研究。本论文采用有限元电磁仿真软件研究了UHF频段RFID天线的小型化,包括标签天线和读写器天线的小型化设计与分析。论文主要采用弯折线方法进行UHF频段RFID天线的小型化分析与设计,所谓的弯折线方法包括对偶极子标签天线进行天线臂的弯折以及读写器微带天线的贴片及地板上开设弯折缝隙等等。通过对这些天线型式的分析,证实了弯折线方法是一种天线小型化的有效方法,同时在地板上适当地开设弯折缝隙可以在一定程度上提高天线的最大增益。本文中所设计的标签天线创新性的采用多次弯折的中心对称结构,小型化的同时保证了天线的全向辐射特性,其尺寸仅为22.5mm×30.5mm×1.6mm,小于国内外文献中出现的同类型UHF频段RFID标签天线,另外,在天线上引入的阻抗调节臂使得天线与标签芯片的匹配调节变得十分方便,基板采用FR-4介质保证了标签天线的低成本,采用无通孔单层PCB电路板加工的该天线测试结果与仿真结果具有良好的一致性。本文改进设计的RFID手持读写器天线尺寸为70mm×70mm×3mm,天线小型化的同时保证了天线的圆极化,在该设计中引入了地板开槽来提高天线增益的方法,与参考天线（90mm×90mm×3mm）相比,采用相同介电常数介质,保证天线增益更高的情况下,天线尺寸相比参考天线缩小了40%,天线的3dB轴比带宽覆盖了中国RFID系统规定的频段之一：920MHz-925MHz。另外,本文还研究了基于NRF905芯片的手表内置无线测温系统UHF频段RFID读写器天线,天线工作在915MHz,其尺寸仅为14mm×30mm×1.6mm,相较于目前已有文献中的UHF频段读写器天线具有明显的小型化优势,结合有源电子标签可以满足近距离射频识别系统对读取距离的需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 RFID技术的发展历史
• 1.1.2 RFID技术的应用
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 标签天线研究现状
• 1.2.2 读写器天线研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容及论文结构
• 第2章 RFID技术相关原理
• 2.1 RFID系统工作的物理学原理
• 2.1.1 与RFID相关的电磁场理论
• 2.1.2 能量耦合和数据传输
• 2.2 RFID系统的组成
• 2.3 RFID的分类方法
• 2.4 微带天线
• 2.4.1 微带天线的小型化
• 2.4.2 微带天线的圆极化
• 2.5 本章小结
• 第3章 UHF频段RFID标签天线的小型化设计与分析
• 3.1 RFID标签天线概述
• 3.2 UHF频段RFID标签天线的小型化设计
• 3.2.1 标签天线设计前期分析
• 3.2.2 新型UHF频段RFID标签天线的小型化设计与分析
• 3.2.3 标签天线的制作与测试
• 3.2.4 标签天线的应用
• 3.3 本章小结
• 第4章 UHF频段RFID手持读写器天线的小型化设计与分析
• 4.1 RFID读写器天线概述
• 4.2 UHF频段RFID手持读写器天线的设计与分析
• 4.2.1 手持读写器简介
• 4.2.2 UHF频段RFID手持读写器天线的设计与分析
• 4.2.3 UHF频段RFID手持读写器天线的进一步改进
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于NRF905芯片的手表内置RFID读写器天线的设计
• 5.1 NRF905简述
• 5.2 系统介绍
• 5.3 读写器天线的小型化设计与分析
• 5.4 本章小结
• 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文