基于EPC Gen-2标准的小型化RFID阅读器研究

摘要

射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)技术是二十世纪九十年代兴起的一种非接触自动识别技术。RFID可以快速识别高速运动的物体并可同时识别多个电子标签。小型化阅读器具有体积小、重量轻、功耗小、能够移动使用等优点，适用于清点和查找库存商品，动物跟踪，物品定位等方面。移动RFID技术的发展要求阅读器的体积足够小，和移动终端集成能提供各种各样的信息服务。近年来，小型化可移动的RFID阅读器技术成为RFID技术发展的热点。本文主要研究基于EPCglobal Class1 Gen-2标准的小型化阅读器的电路原理和结构，在此基础上，研究了适合小型化阅读器使用的天线形式，实现了阅读器整体结构的小型化。
　　本文首先详细叙述了RFID系统的组成和工作原理，分析了 Gen-2标准的主要特点，并与ISO18000-6系列的其他标准进行了比较，推导了RFID阅读器与标签通信链路的计算公式，为阅读器电路设计提供了理论指导。
　　其次研究了阅读器射频收发部分的电路结构和原理，进行了芯片的选型，通过电路仿真确定了电路形式，并按照标准的要求完成了电路的制作。射频部分以射频收发集成芯片AS3991为核心，采用小尺寸贴片封装的集总参数元件对发射端进行匹配，并通过ADS仿真验证了设计的有效性和准确性。分析了解调电路的构架和信号处理过程，采用IQ正交通道零中频解调以消除接收过程中因标签和阅读器的距离变化产生的接收零点。数字部分和射频部分电路分开设计制作，使设计流程更为明确，缩短了电路开发周期，同时提供了一个射频前端的解决方案。在此基础上开发了与之配套的阅读器上层软件，并根据理论设计制作了印刷电路板。
　　最后研制了PIFA天线和单极缝隙天线两种适合小型化移动阅读器使用的天线。分析了PIFA天线的工作原理，提出了在贴片边缘加载缝隙的新形式减小了天线尺寸，通过仿真获得了优化结构，使天线小尺寸条件下保持良好的匹配与增益性能。研究了影响单极缝隙天线匹配的因素，并获得了较宽的天线带宽，能覆盖UHF RFID的所有频率范围。

目录

基于EPC Gen-2标准的小型化RFID阅读器研究

RESEARCH ON MINIMIZATION RFID READER BASED ON EPC Gen-2

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 国内外发展现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 射频识别系统及其标准协议

2.1 RFID系统原理及结构

2.1.1 RFID系统的工作原理

2.1.2 RFID系统各部分功能

2.2 RFID技术标准

2.2.1 RFID标准比较

2.2.2 EPC Class1 Gen-2 RFID标准简介

2.2.3 我国UHF频段RFID标准简介

2.3 RFID通信链路计算

2.4 本章小结

第3章 UHF频段RFID阅读器小型化研究

3.1 阅读器电路设计概述

3.2 射频前端电路研究

3.2.1 射频发射电路

3.2.2 射频匹配电路设计

3.2.3 射频接收电路

3.3 数字控制电路

3.4 软件设计

3.4.1 底层软件

3.4.2 上层用户演示软件

3.5 本章小结

第4章 UHF频段RFID阅读器天线小型化设计

4.1 平面倒F天线

4.1.1 平面倒F天线原理

4.1.2 平面倒F天线的设计

4.2 单极缝隙天线

4.3 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢