无源射频标签的微带贴片天线分析与设计

论文摘要

射频识别技术（Radio Frequency Identification,RFID）是目前最热门的智能识别技术之一。它利用射频方式进行非接触双向通信,从而达到自动识别目标对象并获取相关数据。与其它识别方式相比,该技术具有精度高、识别速度快、适应环境能力强等许多优点。射频标签作为RFID系统的子系统,考虑其应用背景,标签内部天线的设计具有自身的特点和难题。大多数情况下,天线模块由于受到射频识别卡物理尺寸的限制,多采用体积小,重量轻,低剖面的微带天线形式,同时该天线也易于同其它电路模块集成,便于大批量生产,但和其它天线相比,传统的微带天线存在频带窄,损耗大,发射功率小等缺点。这些缺点的存在在很大程度上限制了该类型天线在RFID领域中的应用,因此研究和设计可用于射频标签的高性能天线变得十分迫切。同时,这对RFID技术的普及和继续发展也有重要的价值。本文首先简要地介绍了RFID技术的相关知识,说明了系统的工作原理以及微带贴片天线传输线分析方法,并对微带贴片天线设计中所涉及到的性能参数进行了分析和讨论。本文的主要工作是对阻抗匹配技术和同轴探针馈电技术进行了研究,综合考虑各种因素,给出了一种用于无源射频识别标签,中心谐振频率为2.45GHz的圆极化微带贴片天线。设计中引入了复合基底,利用Ansoft HFSS 9.0进行建模,对设计模块进行仿真和优化处理,结果显示,天线的方向性良好,有效增益5.534dB,带宽＞50MHz(S11＜-14dB),主波瓣宽度＞70°,驻波比、辐射效率等与理论期望吻合,达到了实际应用的标准,且该贴片天线易于实现,可靠性好。本文还对射频标签周边电磁环境对标签天线的影响做了一定的分析和讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 射频标签天线研究现状
• 1.3 RFID系统的介绍
• 1.4 论文的主要研究工作及内容安排
• 第2章 微带贴片天线的分析方法
• 2.1 概述
• 2.2 微带贴片天线的工作原理
• 2.3 传输线模型
• 2.3.1 传输线法的基本假设
• 2.3.2 辐射场和方向图
• 2.3.3 谐振频率和输入阻抗
• 2.3.4 传输线法的应用限制
• 第3章 无源射频标签天线的研究及设计
• 3.1 概述
• 3.2 微带贴片天线的主要性能指标
• 3.2.1 射频标签识读距离
• 3.2.2 天线的输入阻抗及相关特性
• 3.2.3 天线方向图及相关特性
• 3.2.4 天线的极化特性
• 3.2.5 天线的带宽
• 3.3 阻抗匹配的研究
• 3.3.1 阻抗匹配基本概念
• 3.3.2 阻抗匹配实现方法
• 3.4 馈电技术的研究
• 3.5 标签天线模型的构建及结构优化
• 第4章 无源射频标签天线仿真结果及分析
• 4.1 概述
• 4.2 标签天线模型仿真软件介绍
• 4.3 标签天线基底特性仿真及分析
• 4.4 标签天线辐射贴片单元特性仿真及分析
• 4.5 标签天线性能参数的仿真结果及分析
• 4.6 同类型微带贴片天线的比较
• 4.7 环境对标签天线性能的影响
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文