天津工业大学硕士学位论文抗金属UHFRFID标签天线的研究与设计姓名:李德彪申请学位级别:硕士专业:通信与信息系统指导教师:李建雄201112摘要随着物联网技术的迅速发展,作为其关键科技之一的RFID技术得到越来越广泛地应用,对RFID系统性能的要求也越来越高,尤其是对基于电磁波反向散射原理的UHFRFID系统最是这么。但是,在这些应用中,RFID标签必须贴附于塑料物体表层,具有类偶极子天线的普通无源超高频RFID标签应用于金属表层时,性能会逐渐减少,甚至不能被有效读取。为了缓解超高频RFID标签应用于金属表层的弊端,本文首先预测了普通标签天线应用于金属表层性能下降的理由,并以偶极子天线为例在HFSS软件中进行仿真、分析,实验结果证实:当类偶极子天线靠近金属表层时,其参数特性(阻抗值、回波损耗、辐射特征等)均得到了严重的妨碍,从而造成天线能够推动正常工作。本文通过对抗金属标签天线的理论性研究,设计了两种防金属UHFRFID标签天线。首先,完成了无源抗金属UHFRFID标签天线的设计。该天线引入微带贴片天线结构,具有结构简洁、低剖面等特点,并且采用了电阻耦合的搭铁方式,通过调节馈电环的宽度或者馈电环与天线辐射体间的距离改变天线的阻抗特性,另外,将天线辐射体设计为内、外两个相互独立的个别,分别与馈电环进行耦合,使其在中心工作频率附近产生两个相邻的谐振峰,从而有效地增加了天线的带宽。
该天线采用廉价的FR--4基质,避免了使用短路针与短截片的设计,实现了低成本的设计目标。经过加工制作,并对样品进行检测得到:此标签天线工作在自由空间中和金属环境物体表层的最大阅读距离分别为4.2米和3.8米(EIRP:4w),达到了预期设计目标。其次,完成了太阳能电池电力的抗金属UHFRFID标签天线的设计。该设计中将太阳能电池作为一个寄生单元采用到防金属标签天线设计,天线结构引入了垫高泡沫的方式,增大天线与塑料物体表层间的距离来增加金属对标签天线的影响,通过HFSS软件仿真,该天线可以较好地适用于金属物体表层。经过加工制做,并对样品进行检测得到:当RFID标签处于无源工作状况时,其应用在金属表面的最大阅读距离为3.3米(EIRP=4w);而当太阳能电池电力时,其最大阅读距离可以超过10米左右(EIRP=4w),达到了预期设计目标。关键字:射频识别;超低频;标签;天线;抗金属ABSTRACTWiththeinteractofthingstechnologysoaringdevelopment,RFIDtechnologyhasbeenmorewidelyusedasoneofthekeytechnologies,icbackscatterprinciple.However,RFIDtagneedstobeattachedonmetallicsurfacesinmanyapplications.Themetallicsurfaceinthevicinityofan呷RFIDtagantennamakestheperformanceofthetagworseorevennotreadable.Tosolvethisproblem,thisdissertationfirstanalyzedthecausefortheperformancedeteriorationofthetagplacednearmetallicobjectsandsimulatedthedipoleantennausingHFSSsoftware.BytheExperimentalresults,ithasbeenseriouslyaffectedoftheantennaparameter(Impedance,ReturnLoss,Radiationandsoon)whenthedipoleantennamountedonthemetallicsurfaces,andit’sunabletowork.Throughreseachedandanalizedtagantennamountableonmetallicsurfaces,twokindsofRFIDtagnatennaaredesigned.Firstofall抗金属RFID标签抗金属RFID标签,pssiveUHFRFIDtagantennamountableonmetallicsurfacewasdesignedinthisstudy.Itadoptedthetypeofmicrostripantenna,whichhaveasimpleandlowpro.Theinductivelyfeedwaywasusedinthisantenna,whichcouldchangetheantenna’onvenitetlythroughadjustthedimension
