無源超高頻RFID標簽天線研究.pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)作為新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)得到了全社會的廣泛關(guān)注，射頻識別(Radio Frequencyidentification，RFID)技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中流行的技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展與應(yīng)用。其中超高頻（Ultrahigh Frequency, UHF）RFID技術(shù)與工作在其他頻段的RFID技術(shù)相比，具有更遠的讀取距離、更多的信息容量、更快的閱讀響應(yīng)與相對低廉的價格而得到了廣泛的研究與應(yīng)用。完整的超高頻RFID系統(tǒng)包括標簽（Tag，有源標簽和無

2、源標簽）、閱讀器(Reader)和天線（Antenna，包括Tag天線和閱讀器天線）三部分。其中Tag作為物體信息的“攜帶者”會被固定在物體上，而金屬物體表面會對Tag上的天線的工作性能產(chǎn)生很多影響，進而影響整個RFID系統(tǒng)的性能，因此金屬物體表面的標簽天線（Tag antenna）如何設(shè)計成了一大問題。而更好的結(jié)果是能保證同一個標簽天線在不同物體表面都能夠正常地工作，當標簽從非金屬面放到金屬面上時，性能能夠保持穩(wěn)定。
　　 本

3、文將以天線設(shè)計知識與電磁場理論，詳細研究超高頻RFID系統(tǒng)標簽天線的天線設(shè)計與性能測試。
　　 首先，綜合考慮UHF RFID系統(tǒng)的特點，探究了不同類型天線在無源標簽上的使用情況，得出了微帶天線(patch antenna)是一個更佳的選擇的結(jié)論。同時對超高頻RFID系統(tǒng)下的標簽天線的仿真方法、性能指標及測量方法進行了學習、研究與總結(jié)。
　　 其次，針對一個鋼鐵廠的需求，設(shè)計了一個工作在超高頻RFID頻段內(nèi)的抗金屬標簽天

4、線。該天線是帶有短路面的微帶天線，結(jié)構(gòu)簡單且阻抗易于調(diào)節(jié)，針對Monza4芯片進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，天線與芯片的功率傳輸系數(shù)能夠達到0.95，并且最終實際測量得到的最大閱讀距離也超過3m，符合設(shè)計預期與性能要求。同時為了探究2.45GHz頻段下無源標簽使用的可能及其優(yōu)劣勢，設(shè)計出了一個工作在該頻段下的、可以工作的金屬表面的標簽天線。該天線輻射體是由三個偶極子組合而成，基底由玻璃和FR4組成，雙基底可以有效的減小尺寸同時保證阻抗穩(wěn)定性。它工作在

5、金屬表面和非金屬表面時的傳輸系數(shù)(τ)都能達到0.98，而計算得到的閱讀距離(reader range)分別為3.12m和4.31m，表現(xiàn)出了不錯的穩(wěn)定性。不過與傳統(tǒng)的有源標簽相比，閱讀距離還是太小，但是成本相對也低。綜合考慮得出無源超高頻RFID系統(tǒng)的工作頻段選在860～960MHz之間，能夠達到長閱讀距離和低成本的雙平衡。
　　 再次，利用微帶理論進行分析與推導，得到了一種可以有效調(diào)節(jié)標簽微帶天線(Tagpatch ante

6、nna)的阻抗和增益的方法。該方法是通過在微帶天線的輻射縫隙和非輻射縫隙方向上對地平面(Ground)進行一定延伸，來達到調(diào)節(jié)天線阻抗與增大天線增益的目的。同時利用該方法，提出了簡單、通用的使標簽微帶天線工作在不同物體表面而性能穩(wěn)定的設(shè)計方法，該方法會在非金屬表面和金屬表面之間找出一個平衡點，使其在不同表面表現(xiàn)出穩(wěn)定的工作特性。
　　 最后，利用兩個單天線及一個濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計了一個結(jié)構(gòu)緊湊、可以工作在三個頻段的多輸入多輸出(MI