UHF频段RFID读写器天线的优化设计与仿真

论文摘要

近年来,射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)受到了人们的广泛关注。RFID技术是一种非接触式的识别技术,它依赖读写器与标签的耦合来传递信息,无须人工干预,可自动工作于各种恶劣环境。因此,RFID技术以其独特的优势,成为人们研究的热点。本文首先简要分析了RFID技术的基本原理与RFID系统的典型结构,并重点介绍了读写器天线的原理。之后,详细分析了微带天线的相关理论。包括微带天线的典型结构、优缺点、微带天线的辐射原理和设计方法。在此基础上,研究和设计了可在电子不停车收费系统(ETC)应用的RFID读写器天线。然后,设计了一种以空气为基板的超高频(UHF)圆极化矩形微带天线。该天线通过在微带贴片四周与中心开槽,减小了天线尺寸,实现天线圆极化的性能。进一步研究了天线的参数对圆极化性能的影响,通过天线参数的优化,使天线达到了良好的圆极化性能。最后,本文在分析了单馈电圆极化微带天线的理论后,设计了一种新型单馈电超高频RFID读写器天线,该天线采用相对于当前普遍的采用对称等腰直角三角形切角更易于加工的非对称矩形切角来实现圆极化。该天线分别选用高分子有机磁性材料和RogersTMM4两种材料作为天线的基板。高分子有机磁性材料可显著减小天线的尺寸,且重量轻,但以其做基板的天线增益较低,且造价昂贵。采用Rogers TMM4虽然增大了天线的尺寸,但是增益相对较好。两种天线用HFSS仿真优化,均得到性能较好的圆极化微带天线。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文安排
• 第2章 RFID技术概述
• 2.1 RFID系统的基本原理
• 2.1.1 基本原理
• 2.1.2 RFID的耦合方式
• 2.2 RFID系统的构成
• 2.2.1 射频标签
• 2.2.2 读写器
• 2.2.3 数据管理系统
• 2.3 RFID读写器天线
• 2.3.1 UHF读写器天线
• 2.3.2 UHF读写器天线举例
• 2.4 本章小结
• 第3章 微带天线理论分析
• 3.1 微带天线的结构与优缺点
• 3.1.1 微带天线结构
• 3.1.2 微带天线优缺点
• 3.2 微带天线的辐射机理和辐射场
• 3.2.1 微带天线辐射机理
• 3.2.2 微带天线辐射场
• 3.3 矩形微带天线的设计及特性参数的计算
• 3.3.1 矩形微带天线设计
• 3.3.2 矩形微带天线特性参数的计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 缝隙加载的RFID读写器天线的设计
• 4.1 ANSOFT HFSS软件简介
• 4.2 微带天线圆极化波的性质与实现
• 4.2.1 圆极化波的性质
• 4.2.2 圆极化波的实现
• 4.3 缝隙加载的圆极化天线设计
• 4.3.1 天线模型分析与优化
• 4.3.2 天线参数分析
• 4.3.3 天线的仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 矩形非对称切角RFID读写器天线的设计
• 5.1 一点馈电的矩形圆极化微带天线分析
• 5.2 矩形非对称切角圆极化微带天线的设计
• 5.2.1 天线的理论参数计算
• 5.2.2 参数对天线性能的影响
• 5.2.3 天线参数的优化及仿真结果
• 5.3 以ROGERS TMM4为基板的圆极化微带天线
• 5.3.1 天线的理论参数计算
• 5.3.2 优化后的天线
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢