基于射频识别系统的标签天线分析与设计

摘要

无线射频识别( Radio Frequency Identification，RFID)技术是一种随着大规模集成电路技术的发展而逐渐兴起的一项智能识别技术。它利用射频方式进行非接触的双向通信，从而达到自动识别目标对象并获取相关数据目的。因为具有非接触、工作距离长、适于恶劣环境、可识别运动目标等优点，射频识别技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。RFID标签与阅读器要实现数据的无接触通信，就需要利用天线作为辐射或接收无线电波的装置，因此在RFID系统中天线起着至关重要的作用。RFID天线技术的发展对RFID技术的成熟和广泛应用具有理论意义和实用价值。 本文首先简要介绍了RFID的相关技术，说明了系统的工作原理以及分类。接着对天线的分析方法进行了简单介绍，对标签天线的分类以及在标签天线设计中碰到的问题进行了分析和讨论，如阻抗匹配问题。文章主要工作是对工作在微波频段的RFID无源标签天线进行了研究，重点分析了偶极子和缝隙天线这两种典型标签天线，并在此基础上进行了天线的设计和仿真。 文章在分析和讨论各种偶极子天线的基础上，设计并仿真了一款偶极子标签天线，对天线的史密斯阻抗圆图、回波损耗以及天线方向图分别进行了阐述。针对标签天线的阻抗匹配要求，介绍了阻抗可匹配的折合偶极子及变形结构，变形偶极子天线阻抗可以自由调整，容易和射频芯片进行阻抗匹配。本文还对缝隙天线进行了研究，特别是设计了一种全向共面波导馈电蝶形缝隙标签天线。通过仿真分析显示，该天线的峰值增益为5.1dBi，在回波损耗小于-10dB情况下，天线相对工作带宽可以达到21.7％。为了减小缝隙天线尺寸，本文还提出了一种天线小型化设计方案。经过小型化后的天线面积缩小了48.18％，而且小型化后的天线带宽也大大增加。蝶形缝隙天线以及小型化天线都为单一平面，结构简单，适合RFID的应用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 研究背景与意义

1.2.RFID系统及工作原理

1.3 射频标签天线的国内外研究现状

1.4论文的主要研究工作及内容安排

第2章 射频标签天线的理论基础

2.1 天线的性能指标

2.1.1方向性及相关特性

2.1.2天线的输入阻抗

2.1.3天线极化

2.1.4天线的带宽

2.2 RFID标签天线分析

2.2.1标签天线的分类

2.2.2 RFID系统的能量传输和识别距离

2.2.3标签天线与芯片的阻抗匹配

第3章 偶极子在标签天线中的应用

3.1 偶极子天线的分类

3.1.1直线型偶极子天线

3.1.2变形偶极子天线

3.2直线型偶极子标签天线的设计

3.2.1天线结构设计

3.2.2天线仿真分析

3.2.3 结论

3.3折合偶极子标签天线的研究

3.3.1 折合偶极子结构设计

3.3.2仿真分析

3.3.3阻抗调节方案

3.3.4结论

第4章 缝隙标签天线的研究和设计

4.1 缝隙天线的工作原理

4.1.1推广的巴俾涅原理

4.1.2理想缝隙天线

4.2馈电技术研究

4.3蝶形微带缝隙标签天线设计

4.3.1天线的结构设计

4.3.2天线的仿真分析

4.3.3 同类型天线的比较

4.3.4结论

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文