rfid系统中微带天线优化设计

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1、北京交通大学硕士学位论文RFID系统中的微带天线优化设计第1章绪论RFlD(RadioFrequcncyIden断cation)即射频识别技术，又称电子标签(E一．I她)技术，是一种利用射频信号在阅读器和贴有电子标签的目标对象之间通讯，以实现人们对各类物体或设备在不同状态(移动或静止)下，以及各种恶劣环境下的自动识别并获取相关信息的技术。RFID技术的出现克服了条码尺寸大、容量小和磁卡寿命短、容易丢失数据的不足，以其非接触、快速识别、阅读距离远、能够同时识别多个标签和可穿透非金属的特性，使其应用迅速遍及物流、交通监控、自动收费、金融交易等等自动

2、化领域，拥有广阔的市场前景和巨大的社会效益。1．1微带天线技术研究现状所有无线通讯的设备都离不开天线，而微带天线以其体积小、成本低、平面结构、易于实现双极化和圆极化等优点展露头脚，并已经在RFID系统中得到应用。微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线。它通过微带线或同轴线等馈线馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板问的缝隙向外辐射。其概念早在1953年就由Decamps提出来了，但是真正的发展和实用是在70年代，之后，世界各国的研究人员对微带天线的贴片形状、馈电技术、基板构造和阵列排列等方面

3、作了大量的研究，微带天线无论在理论还是在应用的深度和广度上都获得了进一步的发展，现在己从大约100MHz应用至100GHz，已成为一个专门的天线分支。微带天线并非完美无缺，它的低辐射效率、窄频带特性和极化纯度差、寄生馈电辐射太、功率有限等不足还在吸引着无数专家为之拼搏。北京交通大学硕士学位论文RFID系统中的微带天线优化设计1．1．1微带天线的发展近况近些年来，天线作为通信、广播、雷达、制导等无线电应用系统的关键设备在功能、设计及制造工艺上都发生了巨大变化。尤其微带天线以其重量轻、可共形、易集成、便于匹配等优点获得了更多青睐，发挥了其得天独厚的

4、优势。尤其在移动通信和射频识别中，微带天线的地位在将来的发展中将无可比拟。人们历经几十年的努力，在克服其固有缺点方面得到了长足进展，主要体现在以下方面。1．1．1，1频带特性一般单层微带天线的带宽只有O．7％一7％，频带窄这一主要缺点制约了它的发展。目前，很多的研究人员致力于展宽微带天线带宽的研究，使得天线单元的带宽达到了20％甚至更高(vswR<2)。近年来所开发并经优化设计的双层贴片和u形槽贴片，无论在探针或槽孔耦合的馈电方式下都获得了高达40％的阻抗匹配微带，使制约贴片频带的因素转化为辐射效率和极化特性(20％以上)上。此外。微带贴片结构

5、可实现(较窄频带的)双频或多频工作，其下一目标是获得大频率比和可控频率比的宽频带特性。1．1．1．2小型化微电子技术与大规模集成电路迅猛发展，使天线成为电子设备中庞大、笨重部件的问题日渐突出，因而对能与设备大小协调且具有有效电性能的小天线的需求愈加迫切，较低频段(vHF御HF)，传统的半波长微带天线尺寸仍然很大。这样，实用化小型微带天线的研制，成为国内外研究热点。北京交通大学颈士学位论文RFID系统中的微带天线优化设计在VHF、uHF频段采用加短路片(或销)、切曲折槽和介质谐振加载等技术措施，可做到1：4的缩尺率，但频带较窄，辐射性能有所降低。

6、在微波毫米波单片集成系统中，高介电常数的基片使贴片的几何尺寸进一步缩小，困难转化为如何抑制基片中存在的表面波效应。近年来出现的“光子带隙PBG(PhotoIlicBand_Gap)”基片材料可以有效地抑制表面波，解除了用较厚基片的限制，并可提高天线的增益、减弱阵元之间的互耦。1．1．1，3馈线网络采用探针或槽孔耦合的背馈方式将辐射部分与馈线部分接地板隔开，是优先考虑的结构方案。微带线馈电网络会引入明显的导电损耗和色散性；非色散的带状线不便与电路集成一体：介质波导馈电的方案则另辟蹊径而受到重视。空间功率合成的有源阵将各辐射单元直接与传输，接收组件

7、连接，减少了馈线长度，接收通道的放大器还可补偿其传输损耗，将成为大规模阵列系统的发展主流。1．1．2天线设计的主要工作当前，l心ID技术研究工作主要集中在天线设计、频率选择、防冲突技术等方面。低频频段绕开障碍物能力强但覆盖范围相对较小、能量低、数据传输率小、方向性不强、穿透能力较弱，高频频段覆盖范围大、能量高、数据传输率大、方向性和穿透能力都相对较强但却易被障碍物阻挡，频率选择影响着标签的性能和尺寸大小，关系着标签与读写器的价格，而且为了产品的通用，还必须考虑着各国对无线电频段使用和发射功率的规定，所以选好频率很重要。另外，在一个阅读器阅读范围

8、内存在多个电子标签或者多个阅读器同时给一个电子标签发送数据时，便出现了通信冲突北京交通大学硕士学位论文RFlD系统中的徽带天线优化设计1．1．3微带天