无源超高频RFID标签设计与实现

分类号学号M200970351学校代码10487密级硕士学位论文无源超高频RFID标签设计与实现学位申请人：张亚平学科专业：机械电子工程指导教师：陶波副教授熊有伦教授答辩日期：2012年1月11日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDesignandImplementationofPassiveUHFRFIDTagsCandidate:ZhangYapingMajor:MechatronicEngineeringSupervisor:AssociateProf.TaoBoProf.XiongYoulunHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJanuary11,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。不保密□。华中科技大学硕士学位论文I摘要RFID技术是物联网的重要支撑技术之一，近年来发展迅速。在超高频(UHF)RFID系统中，读写距离是最重要的性能参数。影响无源UHFRFID读写距离的因素主要有读写器的有效全向辐射功率(EIRP)、标签芯片的读写灵敏度以及标签天线的增益和阻抗匹配程度。因此，标签天线的设计对无源UHFRFID系统的性能至关重要。论文详细研究了基于偶极子天线的无源UHFRFID标签设计和优化方法，在此基础上提出了一种结合激光全息和RFID技术的双重防伪电子标签的设计并进行了原型实现。论文首先研究了RFID标签设计的理论方法，重点研究了标签设计中的阻抗匹配原理和天线阻抗测试方法。在无源超高频RFID标签设计中，为达到功率传输最大化，要求天线阻抗为芯片阻抗的共轭。天线阻抗通过电磁仿真软件计算，并使用矢量网络分析仪测试。其次，论文提出了一种基于偶极子天线的小型化UHFRFID标签设计和优化方法。偶极子天线由于结构简单、性能良好，在RFID中被广泛采用。论文在偶极子天线设计基本方法和阻抗匹配方法的基础上，提出了基于天线结构参数的优化方法，并结合样品制作和实验，验证了论文的优化方法正确可行。最后，论文基于抗金属RFID标签设计原理，提出了一种激光全息和RFID技术相结合的双重防伪电子标签设计方法。激光全息膜含有金属层，对普通RFID标签有极大的影响。论文设计了一款共面倒F天线作为RFID标签天线，通过合理选择激光全息膜的复合位置，避免了激光全息膜对RFID标签的影响，并通过实验验证了方案的可行性。关键词：射频识别，标签设计，天线设计，偶极子天线，激光全息，倒F天线华中科技大学硕士学位论文IIAbstractRadioFrequencyIdentification(RFID),whichisoneofthemostimportanttechnologiesofInternetofThings(IoT),isdevelopingquicklyinrecentyears.InUHFRFIDsystems,thereadrangeisthemostimportantcharacteristic.ForpassiveUHFRFIDsystems,thereadrangeisdeterminedbytheEIRPofthereader,thereadsensitivityofthetagchip,thegainofthetagantennaandtheimpedancematchbetweenthetagchipandtagantenna.So,thedesignofthetagantennasiscriticaltotheperformanceofUHFRFIDsystems.Inthisthesis,thedesignandoptimizationmethodofpassiveUHFRFIDtagbasedondipoleantennaisstudiedindetails.AndthedesignofaRFIDembeddedholographiclabelisproposed.First,thebasicprinciplesforRFIDtagdesignarestudied.Thetheoryofimpedancematchandthemeasurementofantennaimpedanceareanalyzedindetails.ForpassiveUHFRFIDtags,theantennaimpedanceshouldbetheconjugatetothechipimpedancetoachievemaximumpowertransfer.Theantennaimpedancecouldbecalculatedbyelectromagneticsimulationsoftwareandmeasuredbyvectornetworkanalyzer.Second,thisthesisproposesakindofdesignandoptimizationmethodofsmallUHFRFIDtagbasedondipoleantenna.Dipoleantennas,whicharesimpleinstructureandhaveexcellentperformance,arewidelyusedinUHFRFIDsystems.Basedonthebasicprincipleofdipoleantennaandimpedancematchingmethod,asmalldipoleantennaisdesignedandoptimizationisappliedinitsstructure.Severalprototypesarefabricatedandthetestresultsshowthatthedesignandoptimizationmethodiseffective.Atlast,thisthesisproposesthedesignofaRFIDembeddedholographiclabel,basedonthedesignmethodofUHFRFIDtagsmountableonmetal.ThemetallayerinholographiclabelseriouslyaffectstheperformanceofcommonUHFRFIDtags.Toovercometheeffectofthemetallayer,akindofcoplanarinvertedFantennaisproposedforRFIDtags,andtheholographiclabelsarepastedontothegroundoftheantenna.SeveralprototypesarefabricatedandthetestresultsshowthatthedesignedRFIDembeddedholographiclabelhasagoodreadrange.Keywords:RFID,tagdesign,antennadesign,dipoleantenna,holographic,CoplanarIFA华中科技大学硕士学位论文III目录摘要....................................................................................................................IAbstract.................................................................................................................II1绪论.............................................................................................................11.1课题来源......................................................................................................(1)1.2课题背景、目的和意义..............................................................................(1)1.3国内外研究现状..........................................................................................(3)1.4论文主要研究内容......................................................................................(6)2超高频RFID标签设计..................................................................................82.1RFID标签设计原理....................................................................................(8)2.2标签设计验证方法....................................................................................(17)2.3标签仿真与实现........................................................................................(20)2.4小结............................................................................................................(25)3基于偶极子天线的超高频RFID标签设计与实现...................................263.1液体对RFID标签的影响.........................................................................(26)3.2偶极子标签设计........................................................................................(28)3.3偶极子标签的优化...............................................