模型读写器天线研究与设计

论文摘要

RFID(射频识别)技术是一种非接触式的自动识别技术,它利用射频信号通过空间耦合来实现无接触式的信息传递,并利用所传递的信息来达到识别物体的目的。射频识别同其它的识别技术相比具有很多优点。目前,随着电子相关技术的迅猛发展,射频识别技术的发展非常迅速,已经在许多领域表现出了巨大的优势和潜力。天线作为射频识别系统中的关键部件,它的设计和研究就变得十分重要。RFID系统性能好坏的关键在于RFID天线的特点和性能。随着电子技术的迅猛发展和制造技术水平的不断提高,人们对RFID系统性能提出了更高的要求,而读写器天线是影响RFID系统性能提高的核心器件,是影响整个RFID系统性能提高的瓶颈。因此,国内外专家学者对读写器天线的小型化、宽频带、高增益等技术做了广泛而深入的研究。但是天线某个参数性能的提高,往往以损失其他参数性能为代价,因此如何提高天线的整体性能来满足实际应用的需求,还有待人们不断的研究探索。本文在RFID技术相关知识的基础上,对RFID系统中采用的天线进行了分析研究。针对读写器天线涉及到的三个频段(13.56MHz、915MHz、2.45GHz)展开了详尽的分析和研究。论文中以915MHz频段的天线设计为主,2.45GHz和13.56MHz频段天线为辅展开研究工作。本文分析研究了各个频段天线的一般设计方法,了解了各频段天线的典型应用需求。同时探索了三个频段天线集成设计过程中的相关问题,为多频段读写器天线集成设计积淀了经验。

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第一章绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 RFID的系统组成及发展历程

1.3 射频识别系统中读写器天线研究

1.3.1 线极化读写器天线

1.3.2 圆极化读写器天线

1.4 天线设计中常用的数值计算方法与软件工具

1.5 论文主要工作内容及组织结构

第二章天线设计的理论基础

2.1 电磁场基础

2.2 天线技术基础

2.2.1 天线的辐射场

2.2.2 天线的极化

2.2.3 天线的方向性系数

2.2.4 天线阻抗

2.2.5 天线的带宽和品质因数

2.3 小结

第三章 UHF频段圆极化天线设计与实例

3.1 微带天线

3.2 圆极化微带天线

3.3 微带天线的馈电方法

3.3.1 微带线馈电

3.3.2 同轴线馈电

3.3.3 临近耦合馈电

3.3.4 口径耦合馈电

3.3.5 共面波导馈电

3.4 圆极化波的参数

3.5 矩形微带天线设计与性能分析

3.5.1 天线结构设计

3.5.2 天线设计及测试结果

3.6 圆形微带天线设计与性能分析

3.6.1 天线结构设计

3.6.2 天线设计及测试结果

3.7 小结

第四章 HF频段读写器天线设计与实例

4.1 相关磁场理论

4.1.1 磁场强度H

4.1.2 感应系数L

4.1.3 互感系数M

4.1.4 耦合系数K

4.1.5 感应定律

4.2 13.56MHz电感耦合式RFID读写器天线设计

4.2.1 天线线圈磁通量

4.2.2 天线的功率匹配

4.2.3 天线的通带特性

4.3 天线设计

4.4 小结

第五章 2.45GHz频段圆极化读写器天线设计与实例

5.1 缝隙耦合微带天线的理论模型

5.2 缝隙耦合微带天线特点分析

5.3 天线设计结构与性能分析

5.3.1 天线馈线分析

5.3.2 天线耦合缝隙分析

5.3.3 辐射层、馈线层介质分析

5.3.4 天线开槽性能分析

5.3.5 天线结果分析

5.3.6 天线制作

5.4 小结

第六章 UHF频段读写器阵列天线分析设计与实例

6.1 引言

6.2 阵列天线的理论基础

6.2.1 阵列天线的概念及分类

6.2.2 阵列天线的应用及发展

6.3 馈电网络的研究设计

6.3.1 串联馈电

6.3.2 并联馈电

6.3.3 阻抗匹配网络的结构设计

6.4 2×2阵列天线设计

6.4.1 单元尺寸

6.4.2 天线仿真结果

6.5 小结

第七章微波光子晶体天线应用

7.1 高阻电磁表面的模型结构及理论设计

7.2 高阻电磁表面结构分析

7.2.1 蘑菇形贴片结构分析

7.2.2 蝴蝶形无过孔贴片结构分析

7.2.3 蘑菇形无过孔贴片结构分析

7.2.4 高阻面结构小结

7.3 高阻电磁表面应用设计

7.3.1 紧凑高阻电磁表面的设计

7.3.2 宽带隙高阻电磁表面的设计

7.4 高阻面设计应用

7.5 基于高阻面的2.45GHz频段天线

7.6 小结

第八章总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢

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