射频识别RFID)技术是物联网中非常重要的一部分。应用于RFID系统读写器的天线是其最重要的设备之一,目前已经成为了研究热点。一方面,远场应用的RFID天线通常采用高增益的圆极化天线或天线阵列,以增加其读取距离。近场的RFID读写器天线则需要强磁场,宽频带和低增益的特性,同时产生的磁场应该均匀分布以避免产生漏读现象。另一方面,RFID系统中的读写器输入输出信号需要有较好的收发隔离,该隔离度成为影响系统灵敏度的重要因素之一。为了使得系统获得更好的读取标签信号能力,需要尽可能降低接收机中发射机信号的功率。本文的研究工作是在射频识别系统的理论研究和实践设计领域中进行的,根据RFID的实际应用要求,主要对RFID系统中的读写器天线、圆极化天线阵列、圆极化天线罩、近场天线、读写器收发隔离技术等方面进行了研究。所获得的研究结论或成果对于推动射频识别技术的发展和应用具有一定的应用价值。本文的创新点如下1针对系统对高增益圆极化辐射器的要求,本文重点研究了圆极化天线阵特性,理论分析了多种天线阵类型的耦合效应并提出了一种具有引向器功能的圆极化天线罩。对偶极子、矩形贴片天线、圆形贴片天线三种圆极化天线阵列中各天线单元轴比的耦合效应做了理论推导,得到了任意天线阵元受耦合影响后轴比变化的表达式。对矩形微带天线阵列驻波,轴比,方向图做了详细的仿真分析,结论是最佳轴向轴比的频点会因为耦合改变,|S11|对耦合效应较为敏感,方向图则相对比较稳定。提出的天线罩具有圆极化器和引向器的功能,可以使得线极化天线及天线阵获得圆极化并提高增益,等效天线阵的部分功能。该天线罩使得线极化微带单天线的增益提高达3dB以上2基于磁场耦合原理的RFID读写器近场天线近些年来发展很快。本文提出了双S形导线环天线与双层终端开路天线,这两种RFID近场天线同时具有宽频带和强磁场的特性,并且结构紧凑,加工简单。两种天线均由两根导线组成,导线均使用弯折的方法,保证了天线上各处电流方向一致。双S形天线通过弯折使得外环上的电流方向一致且强而内部的导线上电流较弱,最大限度的利用了天线产生的磁场能量,并在馈电端使用巴伦将不平衡电流转为平衡电流。双层终端开路天线的馈电位于下层,上层是辐射环。天线环终端有一段导线折向环内部,可以保证外环远离波节点,环上电流更强。相比于双S形天线,该天线尺寸更小,并且馈电部分和辐射部分相隔离,很好的避免了相互之间的干扰,也不用采用巴伦等器件,降低了加工成本。3针对近场天线本身对磁场的负面影响,本文研究了金属对磁场的影响并提出改进方案,对近场天线进行了环境实验,并提出了一种新型的天线结构以降低天线本身对近区磁场的负面影响。通过详细的金属、液体环境实验和三种RFID系统应用实验,发现天线受到金属、液体影响较大,其他介质也会影响天线的磁场分布,但比金属,液体影响小很多。针对天线结构特点和近场天线导线对磁场分布的负面影响,提出一种改进型的终端结构并将其应用在双层终端开路天线上。用一种电感结构代替普通的直导线,这种新结构有较长的电长度和对磁场影响较小的优点。从仿真和实验的结果可以看出,该结构可以很大程度的减小天线上金属导线对磁场的影响,非常适合开路结构的近场天线。4RFID系统的读取性能除了和天线有关,还和信号通道中输入输出信号的隔离性能有关,隔离度直接影响了系统对标签信号的读取能力。为了提高收发信号隔离度,除了使得天线自身反射降低以外,本文提出了新型的载波相消技术和提高耦合器隔离度的方法。用一种RFID输入输出信号检测设备监控RFID系统的读写器信号和标签信号,并用定向耦合器分离输入输出信号。在定向耦合器的耦合端增加一段高阻抗线来产生不匹配,使其产生的反射信号与耦合器隔离端的泄露信号等幅反向,提高了耦合器的定向性,使得定向性可以达到30dB以上。载波相消技术则利用对数检测器,单片机,矢量放大器,功分器,定向耦合器等,通过自适应方法产生抵消信号。该抵消信号与接收的标签信号合路,使得标签信号通路中的读写器信号功率水平大大降低。利用载波相消技术处理以后标签信号通路中的读写器信号电压仅为处理前的1/12。该技术对天线本身反射的信号也同样有作用,弥补了耦合器的不足。