用于金属材质表面的超高频（UHF）电子标签研究

论文摘要

射频识别技术(RFID,Radio Frequency Identification)是一项新兴的自动识别技术。RFID系统利用射频信号通过空间耦合进行双向信息传输,实现对待识别物体的自动识别和数据采集。一个典型的RFID系统由读写器和电子标签组成。根据工作频率来分,RFID系统可以分为低频,高频,超高频和微波四个波段。其中超高频段是最具有市场潜力的频段,但是也是技术上最难实现的频段之一。电子标签能源供应的方式不同,又分为有源和无源两大类。超高频无源RFID标签具有读写距离远、数据速率高、易于批量生产等优点,所以超高频无源RFID系统的设计与应用,特别是针对特殊应用环境的超高频RFID产品的开发,是目前RFID领域国内外研究的热点。在RFID标签设计中,标签天线的设计是关键技术之一。天线设计的好坏很大程度上决定了RFID系统的性能指标,尤其是读写距离这个关键指标。设计合适的标签天线,实现天线与标签芯片的阻抗匹配是设计的关键要点,也是难点所在。天线设计的另一个挑战是应用环境的影响,当天线附近存在金属或者液体时,会严重影响天线周围的电磁场分布,天线的谐振频率、增益等特性也会受到影响,严重时天线会无法工作。本文主要研究工作是研究基于金属材质表面的超高频RFID标签天线工作机理和设计方法并根据化学危险品应用环境,设计了一个工作在915MHz频率的基于金属材质表面的RFID标签天线。天线的基本形式是具有半球方向图特性矩形微带贴片天线,微带天线的接地板对背向的场起到了屏蔽作用,抑制了环境的影响。为了减小标签天线尺寸,没有使用传统的半波矩形贴片,而是采用了加载短路墙的四分之一波长贴片。为了降低成本,采用FR4作为基片材料。标签芯片和天线之间采用嵌入式微带线馈电,并使用T型开路线实现阻抗匹配。标签天线的辐射贴片、馈线和无源阻抗匹配网络是一个平面结构,加工时可以同时刻蚀,简化了生产工艺。本文设计的天线经过实际加工制作,并安装上标签芯片,构成完整的RFID标签。经读写器进行实测,参数调整后的标签读写距离达到60厘米以上。在金属等不同介质环境下都工作正常,满足各项应用需求。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1.研究背景
• 1.2.RFID系统简介
• 1.2.1.RFID系统组成及工作原理
• 1.2.2.RFID标签的分类
• 1.2.3.UHF频段无源RFID标签工作原理
• 1.2.4.RFID天线国内外研究动态
• 1.3.本文的主要工作及章节安排
• 第二章 RFID天线基本理论
• 2.1.RFID天线分类
• 2.2.RFID天线的基本参数
• 2.2.1.方向性函数和方向图
• 2.2.2.方向性系数
• 2.2.3.效率和增益
• 2.2.4.阻抗特性
• 2.2.5.天线的带宽
• 2.2.6.天线的极化
• 2.3.不同应用环境对RFID标签天线的要求
• 2.3.1.RFID标签天线的特点
• 2.3.2.环境对RFID标签天线的影响
• 2.3.3.本文的RFID标签天线的方案设计
• 第三章 微带天线基本理论
• 3.1.微带天线的基本结构
• 3.2.微带天线的分类
• 3.2.1.微带贴片天线
• 3.2.2.微带偶极子天线
• 3.2.3.微带缝隙天线
• 3.2.4.微带行波天线
• 3.3.微带天线的馈电
• 3.3.1.同轴（探针）馈电
• 3.3.2.微带线馈电
• 3.3.3.缝隙（口径）耦合馈电
• 3.3.4.共面波导馈电
• 3.4.微带天线的分析方法
• 第四章 RFID标签天线的分析与设计
• 4.1.介质的选择
• 4.2.加载短路墙的1/4波长贴片
• 4.3.接地板
• 4.4.芯片的输入阻抗测量
• 4.5.微带馈线及无源阻抗匹配网络
• 4.6.参数仿真
• 第五章 RFID标签的制作与调试
• 5.1.标签的制作与调试
• 5.1.1.标签的制作工艺
• 5.1.2.标签的调试
• 5.2.多种应用环境中的测试
• 5.3.读写距离分析
• 第六章 总结和展望
• 6.1.总结
• 6.2.展望
• 参考文献
• 致谢
• 期间发表的论文及专利
• 附件一:实用新型专利证书