基于导电油墨的纺织物基底标签天线研究

摘要

织物基底RFID标签，作为物联网中一种具有良好使用性的可穿戴设备，具有广阔的应用前景。然而RFID标签发生弯曲扭转形变或者置于人体组织附近时，其性能将会产生一定的改变，标签性能的改变很可能会使标签的使用范围受到限制。因此，研究织物基底RFID标签天线在发生形变与放置人体组织等使用情况下的性能变化具有重要意义。本论文面向织物基底的可穿戴RFID标签天线，通过对标签天线织物基底相对介电常数的测量、标签天线平铺、弯曲、扭转与其置于人体手臂时的使用情况进行建模、仿真与性能测量，研究其性能变化，为织物基底RFID标签天线的设计与应用提供参考依据。主要研究内容和结论如下： （1）使用矢量网络分析仪测量织物基底贴片天线的谐振频率，通过谐振法计算获得其相对介电常数。利用所获得的介电常数进行织物基底RFID标签天线在HFSS中的仿真设计与优化，得到标签天线在具有目标性能时的具体尺寸参数，为制备实物天线提供可靠依据。 （2）针对织物基底标签天线进行弯曲与扭转仿真。得出弯曲对标签天线性能的影响较小而扭转对其性能的影响较大的结果，分析知弯曲形变未破坏标签天线所具有的对称平衡结构，天线与芯片具有一定的匹配特性；扭转破坏了天线的对称平衡结构，导致天线与芯片失配。 （3）对织物基底标签天线进行贴附人体手臂的模拟仿真。织物基底RFID标签天线分别以平铺、弯曲与扭转形式贴附于人体手臂后，标签天线的性能会发生较大程度的改变。通过对比可知标签天线在平铺贴附人体手臂时，其性能优于天线在形变后贴附手臂时的结果。 （4）利用织物材料制作RFID标签天线与标签。制作采用丝网印刷技术，利用自主设计的平衡-不平衡转换器进行阻抗测量，测量结果与仿真结果相近。并利用基于S参数的方法测量织物基底标签天线阻抗值，并对平铺、弯曲及扭转状态下的标签天线进行贴附人体手臂的阻抗测量。测量结果与仿真结果具有一定区别，但仿真与测量结果均反映其阻抗变化剧烈，且与标签芯片失配的特点，并利用RFID阅读器对所制作的标签进行最大可识读距离的测量。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 论文研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要工作及内容安排

第2章 RFID标签理论与制作测量技术

2. 1 RFID系统与技术介绍

2.2 RFID标签天线理论

2.3 RFID标签天线制作技术

2.4 标签天线性能测量

2.5 小结

第3章 织物基底标签天线形变仿真

3.1 织物介电常数测定

3.2织物基底标签天线选型与仿真

3.3织物基底标签天线弯曲仿真

3.4织物基底标签天线扭转仿真

3.5 小结

第4章 织物基底标签天线贴附手臂的仿真与测量

4.1 人体手臂组织模型建立

4.2 织物基底标签天线置于手臂的仿真

4.3 织物基底标签天线制作

4.4 织物基底标签天线测量

4.5 标签最大可识读距离测量

4.6 总结

第5章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间获得的科研成果