礦用RFID分形天線的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信的不斷發(fā)展，射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification，簡(jiǎn)稱RFID)得到了廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)方式各異的射頻識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)入各種具體的應(yīng)用場(chǎng)合。目前，各種礦難事故的頻繁發(fā)生，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成巨大的威脅。因此，研究用于礦井下的新型RFID系統(tǒng)，對(duì)于正確記錄井下礦工人數(shù)，保障礦工生命安全和指導(dǎo)各項(xiàng)營(yíng)救措施的進(jìn)行具有極其重要的意義。這使得作為RFID系統(tǒng)關(guān)鍵部件的天線設(shè)計(jì)和研究變得非常重要和迫切

2、。實(shí)際上，RFID天線技術(shù)的發(fā)展對(duì)RFID技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用具有理論意義和實(shí)用價(jià)值。 本文首先簡(jiǎn)要地介紹了RFID技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，說(shuō)明了RFID系統(tǒng)的工作原理和研究熱點(diǎn)，并對(duì)RFID系統(tǒng)天線的技術(shù)指標(biāo)以及研究狀況進(jìn)行了分析和討論。然后以礦井人員定位系統(tǒng)為應(yīng)用背景，根據(jù)井下環(huán)境以及系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，選擇合適的分形結(jié)構(gòu)對(duì)標(biāo)簽天線和閱讀器天線進(jìn)行了仿真、優(yōu)化、設(shè)計(jì)制作以及性能測(cè)試等工作。作者的主要工作包括以下幾個(gè)方面： (1)

3、根據(jù)電磁波在礦井巷道傳播的衰減特性以及設(shè)備具有防爆性等要求的分析與研究，確定了2.4GHz作為系統(tǒng)的頻率。 (2)設(shè)計(jì)了一款結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、性能穩(wěn)定的分形標(biāo)簽天線。首先，給出了射頻模塊以及其匹配網(wǎng)絡(luò)電路的設(shè)計(jì)，提出了標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)要求。然后，通過(guò)對(duì)印刷倒F單極天線以及印刷Hilbert分形單極天線的仿真研究，確定了標(biāo)簽天線的結(jié)構(gòu)。最后對(duì)Hilbert分形倒F單極天線進(jìn)行仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)。 (3)在閱讀器天線設(shè)計(jì)方面，首先

4、提出了設(shè)計(jì)要求，然后給出了一種改進(jìn)的分形結(jié)構(gòu)，分別采用同軸饋電和縫隙電磁耦合饋電對(duì)分形天線進(jìn)行仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)后者更適合礦井人員定位系統(tǒng)對(duì)RFID天線帶寬的要求。 (4)針對(duì)前面所設(shè)計(jì)的標(biāo)簽天線和閱讀器天線制作出了實(shí)驗(yàn)樣品，并利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)天線諧振特性和增益進(jìn)行了測(cè)試工作，找出誤差原因。最后，利用走廊模型來(lái)模擬礦井巷道內(nèi)的傳播環(huán)境，對(duì)所制作的天線進(jìn)行了簡(jiǎn)單的實(shí)地測(cè)量。 本文分析并設(shè)計(jì)的RFID分形標(biāo)簽天