基于超材料的RFID天線的設計與研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、射頻識別(Radio Frequency Identification, RFID)技術是一種新興的短距離無線通信技術,其利用射頻通信實現(xiàn)非接觸式的自動識別技術。此技術利用讀寫器上的天線和標簽進行通信,也就是讀寫器通過射頻信號給標簽提供能量并激活標簽,標簽工作后將其儲存的信息返還給讀寫器,讀寫器再將讀取到的標簽信息送給控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)根據(jù)具體應用場合進行一系列數(shù)據(jù)的處理、儲存以及管理。正因為超高頻(Ultrahigh Frequenc

2、y, UHF,860MHz~960MHz)標簽具有非接觸、工作距離長、讀取速度快、適于惡劣環(huán)境、可識別運動目標等優(yōu)點,射頻識別技術己被廣泛應用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理等眾多領域。
  標簽與閱讀器要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無接觸通信,其主要利用讀寫器天線和標簽天線之間的通信,因此在整個RFID系統(tǒng)中天線發(fā)揮著至關重要的作用。對于RFID系統(tǒng)來說,標簽天線是最易變的部分,其受環(huán)境的影響較大,因此設計標簽天線已經(jīng)逐漸成為新的研究熱

3、點。目前現(xiàn)有的標簽天線基本是偶極子結構及其變形結構,這種結構的標簽天線只能滿足通常應用場合的需求,但是在特殊場合(如寬頻帶、小型化、抗金屬,高讀取率等)的應用中,其阻抗匹配、增益、輻射效率、輻射方向圖等特性都會受到環(huán)境的影響而改變,從而導致標簽工作性能降低,甚至無法使用。為了針對解決在不同物體表面UHF RFID標簽的性能能夠不受環(huán)境的影響,從非金屬環(huán)境到金屬環(huán)境,標簽特性始終保持穩(wěn)定,本文在前人的基礎上,設計并研究了基于超材料的標簽天

4、線,為RFID標簽天線在金屬環(huán)境的應用做了一些探索性的研究。
  超材料最近幾年一直是物理學和材料學研究的熱點之一,而微波光子晶體也作為一種新型的人工電磁材料具有獨特的性能,目前已廣泛的用于微波電路、天線的設計,且發(fā)揮了優(yōu)越的性能。目前將微波光子晶體運用在標簽天線的研究不是很多,而本文就是將微波光子晶體這一類型的超材料運用于標簽天線以改善天線的指標和增加標簽的抗金屬特性。
  在緒論中,論文概述了RFID技術的研究背景,簡述

5、了RFID系統(tǒng)的發(fā)展歷程和組成,探討了標簽的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。第二章全面系統(tǒng)的闡述了電磁場理論和標簽天線的基本理論,并說明了標簽天線阻抗、帶寬、輻射方向圖和功率傳輸系數(shù)等重要參數(shù),介紹了標簽的仿真設計方法、制作工藝和阻抗測量方法以及制作了標簽測試轉換裝置。第三章簡要敘述了超材料概念和特性,就微波光子晶體做了詳細的分析并設計了反射相位0在915MHz的電磁帶隙結構(EBG, Electromagnetic Band gap)單元。第四章

6、首先研究了Alien Higgs-3這款芯片,其阻抗的共軛值作為后續(xù)設計標簽天線阻抗值。然后研究與設計仿真了四個標簽天線,分別是變形偶極子標簽天線、加載開口諧振環(huán)的標簽天線、分形標簽天線和圓極化標簽天線。變形偶極子標簽天線結構比較簡單,但是相對于加載開口諧振環(huán)的標簽天線和分形標簽天線來說其尺寸大,設計此標簽主要是便于天線之間的對比。圓極化標簽天線的設計主要是為了增加讀取率和減少極化損失。文中設計的一款圓極化標簽天線,其圓極化性能很好,且

7、軸比帶寬70MHz,相對于以往的圓極化天線,此標簽天線帶寬比較寬。本文中制作了三款標簽天線的實物,并在兩種環(huán)境下,對標簽天線進行了阻抗測試。最后,將上述設計的EBG結構運用于上述設計的標簽天線中,并仿真調試,最終在HFSS軟件中模擬實際金屬環(huán)境,發(fā)現(xiàn)基于EBG的標簽天線基本不受影響,同時也發(fā)現(xiàn)基于EBG周期結構的標簽天線的增益比沒有加載EBG的標簽天線增加了將近3dB,驗證了EBG周期結構的同向反射特性,也證實了超材料在標簽天線抗金屬和

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