超高频偶极子天线设计方法研究

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。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,标签天线由于与应用效果直接相关,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。本文致力于研究超高频(UHF)偶极子RFID标签天线的设计方法。本文通过分析和研究RFID标签的特殊需求,结合天线设计的挑战,提出了一般的RFID天线设计流程。基于这个流程,研究了天线优化中遗传算法的应用及其控制参数和策略的选取。在由天线的物理模型得出天线的电磁学参数的过程中,引入了数值计算的方法,讨论了其在电磁学中的应用,并且进一步地在实验中使用基于矩量法的电磁学数值计算工具NEC来计算出天线的性能参数,这些参数被用于遗传算法优化过程中的个体适应度计算。在应用上,将以上研究结论运用到UHF偶极子标签天线的设计过程,得到UHF频段两种不同的标签天线形式,实现了天线的优化和小型化设计,并且通过仿真验证了方法的有效性和实用性。本文首先回顾了RFID标签天线的设计理论,阐述了本文的技术路线,简介了遗传算法和数值计算方法的电磁学应用。接着提出了RFID天线设计的基本流程,研究了偶极子天线的优化技术,并且在此基础上重点研究了结合遗传算法与数值计算方法的天线优化方法。最后根据不同需求设计了两个不同的弯折偶极子天线,并且通过仿真验证了优化结果的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 RFID 系统原理
• 1.2.2 研究现状
• 1.3 研究的内容与取得的成果
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容与取得的成果
• 1.3.3 创新点
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 RFID 标签天线设计技术分析
• 2.1 RFID 标签偶极子天线理论简介
• 2.1.2 半波偶极子天线特性
• 2.1.3 天线阻抗和标签接收功率的对应关系
• 2.2 天线设计问题与本文技术路线
• 2.2.1 天线设计中需要解决的问题
• 2.2.2 本文的技术路线
• 2.3 遗传算法的电磁学应用
• 2.3.1 遗传算法介绍
• 2.3.2 遗传算法的思想与流程
• 2.3.3 遗传算法的电磁学应用
• 2.4 计算电磁学与矩量法
• 2.4.1 计算电磁学简介
• 2.4.2 矩量法简介
• 2.4.3 Numerical Electromagnics Code（NEC）
• 2.5 本章小结
• 第三章 RFID 天线设计方法
• 3.1 RFID 标签天线设计流程
• 3.1.1 RFID 标签天线设计流程
• 3.1.2 标签天线主要性能参数
• 3.2 天线版图设计与性能研究
• 3.2.1 偶极子天线优化技术
• 3.2.2 弯折偶极子天线各参数对天线性能的影响
• 3.3 RFID 标签天线优化方法
• 3.3.1 天线优化流程
• 3.3.2 控制参数与策略选择
• 3.3.3 适应度函数的选择
• 3.3.4 个体适应度计算方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 RFID 标签天线设计实验与结果
• 4.1 天线优化过程
• 4.2 RFID 弯折偶极子天线设计与优化
• 4.2.1 弯折偶极子天线原型与优化参数选择
• 4.2.2 优化结果与分析
• 4.3 RFID 小型化标签天线设计
• 4.3.1 小型化标签天线原型与参数选择
• 4.3.2 优化结果与分析
• 4.4 设计结果验证与讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录