可用于金属表面的超高频圆极化RFID标签天线的研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zdllyd2009
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随着时代的发展,物联网技术已经开始在世界各地的各个行业开始逐渐普及。而作为实现物联网技术的关键,无源超高频射频识别(RFID)技术,也已经被应用到如资产管理,零售业,制造业等多个领域中。射频识别系统的主要组成部分为电子标签和阅读器,两者之间按照约定的通信协议进行数据的互传。通常的工作流程为,阅读器先向电子标签发送读取数据的命令,然后根据发送命令的不同,电子标签将会将其内部存储的对应的标识性数据回传给阅读器。这是—种无接触的通信模式,它主要利用交变磁场或电磁场的空间耦合;实现射频信号调制与解调,最终实现数据传输通信。本文将要讨论和研究的,就是这个系统的重要组成部分——电子标签。作者将根据天线设计知识与电磁场理论,研究设计可工作在金属表面的超高频圆极化RFID标签天线,并对其进行相关的性能测试。  首先,介绍RFID系统的架构以及发展历史,然后概述了现阶段针对超高频RFID抗金属圆极化中的标签天线的相关研究。接着对系统具体的工作机制,现有的商用电磁场仿真软件所采用的算法,标签天线的性能指标,及实验室测量天线的阻抗及阅读距离等参数所能采用的相关方法,进行了介绍。  其次,为了解决其他相关设计中表现出来的问题,作者先后设计了三款能工作在金属表面的超高频圆极化RFID标签天线。在第一款设计天线中,通过在辐射贴片的对角进行切角以及在贴片的中心刻蚀一个长度不等的十字槽,天线实现了圆极化辐射。一段最短化的短路微带线馈电网络被刻蚀在辐射贴片的下一层介质上,借助临近耦合馈电的方法为天线馈电。这种馈电方式使得天线的辐射体(辐射贴片与馈电网络)尺寸更小,并且使得天线变成了双层结构而获得更高的增益。在第二款设计天线中,一段U形的短路微带线被嵌入到辐射贴片中间的矩形槽中,这实现了耦合馈电,也同时实现天线与标签芯片的共轭阻抗匹配。通过在辐射贴片上切角以及刻蚀两段长度不一的L形槽,我们实现了很纯正的圆极化波辐射以及贴片的小尺寸化。相对于其他一些同类型的设计,这两款设计的馈电网络都不会占用额外的面积,因而它们整个辐射体的尺寸能够更小。而且,二者对称的辐射体结构也使得其在孔径方向上的增益相对更高。但是,第一个设计是一个双层结构,使得其在制造上的工艺难度将加大,而且两个设计的圆极化带宽都较窄(只有满足基本要求的6MHz)。这都是接下来我们在第三个设计中需要解决的问题。  最后,为了解决前两款天线存在的问题,作者设计了一个单层低剖面的抗金属圆极化RFID标签天线,它的辐射体尺寸只有45×45 mm2,而且它具有12MHz的宽圆极化带宽。刻蚀在辐射贴片上的一个星形槽,为天线提供了12MHz圆极化带宽模式,也同时帮助减小了天线辐射贴片的尺寸。一个终端短路的L形微带线被嵌入到星形槽中,它通过耦合馈电的方式激活了这个圆极化模式,也同时实现了与标签芯片的阻抗匹配。这样槽内嵌入馈线的方法,不但减小了天线的辐射体尺寸,也使得天线有一个能提高孔径方向增益的对称的辐射体结构。至此,我们最终设计出了一种小尺寸,能稳定工作在金属表面,制造工艺简单,具有12MHz宽圆极化带宽的标签天线。
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