无源UHF RFID电子标签天线的研究和设计

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射频识别(RFID)技术,是通过无线射频模式实现非接触性目标识别和双向信息传递的一种自动识别技术。电磁波具有较好的穿透性传播能力,RFID技术正是利用无线射频信号在电磁空间的传播,来识别被标识物品。在超高频(UHF)频段,无源RFID系统具有环境适应性强和较强的抗干扰能力等优势,可以无接触不限时地实现对目标物的识别、跟踪和贮存管理。超高频和微波频段的RFID系统基于电磁波反向散射机制实现信息传输,而RFID天线作为读写器和标签芯片的通信接口,天线的电参数性能对整个系统的读写灵敏度和标签的读写距离起关键性作用。UHF RFID天线的性能研究和结构设计在理论和应用上都有重要意义。本文从偶极子结构特性深入研究了超高频标签天线的结构设计,重点分析和解决标签天线与芯片间的阻抗匹配问题和实际阻抗测试问题。在对超高频电子标签的相关理论和技术进行深入分析的基础上,结合标签芯片高Q值的复阻抗特点,依据国家军用标准GJB7373-2011,分别通过耦合法和T型匹配法设计出了两款覆盖我国超高频段的标签天线,实现了天线阻抗与标签芯片UR3P2-T阻抗的高度匹配,并在方向性、增益、阻抗以及带宽等方面表现出优异的性能。利用镜像法对两款设计天线的实物做了相应的阻抗测试,得出了实际天线的回波损耗情况阻抗匹配程度,并通过对实际测试和仿真结果做出比较,验证了理论设计的可行性。首先探讨了标签天线设计的实现原理,明确了设计过程中的几个关键的性能参数指标,着重分析了半波偶极子实现900MHz超高频段谐振的机理,讨论了两种阻抗匹配网络在实现天线感性阻抗上的作用以及二者在对实部、虚部阻抗调节上的不同实现方式,为标签天线的主体结构以及阻抗匹配结构设计做准备。其次对偶极子结构弯折技术展开了研究,确定了标签天线的主体辐射结构,实现了天线在半波偶极子形式上的尺寸缩减;将耦合环匹配结构和T型匹配网络结构分别嵌入辐射主体,建立了两个基于不同阻抗匹配的天线结构模型并在HFSS上仿真分析,完成了对这两款天线结构的尺寸优化,天线在宽频带、全向性、增益方面实现了良好的电参数性能。最后对不同的阻抗测试方法作了比较和分析,结合现有的实验条件,最终选择并搭建镜像法阻抗测试平台,完成对上述两款天线的阻抗测试。通过阻抗测试结果推算出天线端口的回波损耗情况,得到实际天线的阻抗带宽曲线,将其与仿真结果相比较,分析了实际测试的误差原因。
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