本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于UHF無源標(biāo)簽的能量收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：近年來,射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)在全球范圍內(nèi)飛速發(fā)展,其優(yōu)點(diǎn)在于快速、準(zhǔn)確,且無需與目標(biāo)物體接觸。傳統(tǒng)RFID標(biāo)簽與微控制器,傳感器相結(jié)合之后,除了具備物品識(shí)別功能之外,還可以組建無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)溫度檢測、生物體征監(jiān)控和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控等各種各樣的功能。但傳感器與微控制器大大提升了標(biāo)簽功耗,有限的電池能量嚴(yán)重的制約了RFID系統(tǒng)的工作壽命并增加了很高的維護(hù)成本。因此在智能傳感標(biāo)簽中設(shè)計(jì)無線能量收集系統(tǒng)提供標(biāo)簽?zāi)芰匡@得尤為重要。本文重點(diǎn)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了無線能量收集系統(tǒng)中標(biāo)簽天線和前端能量收集電路。本文根據(jù)UHF頻段智能標(biāo)簽的實(shí)際需求與工作特性設(shè)計(jì)了標(biāo)簽無線能量收集系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中設(shè)計(jì)高效率、低回波損耗的標(biāo)簽天線以及低功耗的能量收集電路是論文設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。本文根據(jù)電磁場理論分析了UHF頻段標(biāo)簽天線的特性和介質(zhì)板介電常數(shù)對(duì)天線效率的影響,在普通印刷天線的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一款適用于超高頻標(biāo)簽的偶極子微帶天線,確保天線增益的同時(shí)通過增加介質(zhì)板介電常數(shù)提升天線效率：能量收集電路方面本文采用Dickson電荷泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前端倍壓整流電路,依據(jù)實(shí)際能耗確定倍壓級(jí)數(shù)并計(jì)算元件參數(shù),該電路結(jié)構(gòu)使用肖特基二極管與電容搭建,可將閱讀器發(fā)射的微弱射頻能量高效的轉(zhuǎn)換為直流能量提供標(biāo)簽工作。本文將收集到的能量存儲(chǔ)至電容中供標(biāo)簽持續(xù)使用,并利用電壓監(jiān)控器判斷電容輸出電壓切換標(biāo)簽工作狀態(tài)。完成電路設(shè)計(jì)后分別使用Ansoft HFSS 13與ADS電磁仿真軟件對(duì)天線和能量收集電路進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn),并對(duì)結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證。標(biāo)簽測試結(jié)果表明,標(biāo)簽前端能量收集電路經(jīng)過倍壓整流后可以提供標(biāo)簽超過1.8V的工作電壓；標(biāo)簽天線中心頻率為900MHz,且有效帶寬為50MHz,諧振點(diǎn)處S1.1為-40.8dB,天線效率為82.67%。天線和倍壓電路在性能上很好的滿足了UHF頻段RFID標(biāo)簽的需求,標(biāo)簽可外接各種傳感器,具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性,在冷鏈物流、危險(xiǎn)品運(yùn)輸、血漿運(yùn)輸、倉儲(chǔ)管理等領(lǐng)域具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：RFID 智能標(biāo)簽 天線 能量收集
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN820;TP391.44
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 研究內(nèi)容與設(shè)計(jì)指標(biāo)12-13
• 1.3.1 研究內(nèi)容12-13
• 1.3.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)13
• 1.4 論文章節(jié)安排13-16
• 第二章 射頻識(shí)別技術(shù)基本理論16-28
• 2.1 射頻識(shí)別系統(tǒng)組成16-20
• 2.1.1 RFID系統(tǒng)概述16-17
• 2.1.2 RFID標(biāo)簽17-19
• 2.1.3 RFID閱讀器19-20
• 2.1.4 RFID協(xié)議20
• 2.2 標(biāo)簽天線基礎(chǔ)20-24
• 2.2.1 輸入阻抗20-21
• 2.2.2 帶寬21-22
• 2.2.3 方向性函數(shù)和波瓣圖22-23
• 2.2.4 效率23-24
• 2.3 無線能量傳輸理論概述24-27
• 2.3.1 無線能量收集技術(shù)24-25
• 2.3.2 電磁場能量收集原理25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第三章 無線能量收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)28-50
• 3.1 無線能量收集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析28-29
• 3.2 標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)29-36
• 3.2.1 介質(zhì)板介電常數(shù)對(duì)天線效率的影響30-31
• 3.2.2 偶極子天線設(shè)計(jì)31-32
• 3.2.3 天線建模仿真和優(yōu)化32-36
• 3.3 倍壓整流電路設(shè)計(jì)36-42
• 3.3.1 倍壓整流電路原理36-38
• 3.3.2 倍壓整流電路參數(shù)計(jì)算38-39
• 3.3.3 倍壓整流電路仿真和實(shí)現(xiàn)39-42
• 3.4 能量管理設(shè)計(jì)42-48
• 3.4.1 能量存儲(chǔ)設(shè)計(jì)42-45
• 3.4.2 標(biāo)簽狀態(tài)轉(zhuǎn)換45-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第四章 智能標(biāo)簽整體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)50-60
• 4.1 智能標(biāo)簽硬件設(shè)計(jì)50-54
• 4.1.1 智能標(biāo)簽整體架構(gòu)51-52
• 4.1.2 微控制器芯片選擇與原理圖設(shè)計(jì)52-53
• 4.1.3 調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)53-54
• 4.2 智能標(biāo)簽軟件開發(fā)54-58
• 4.2.1 標(biāo)簽程序架構(gòu)55-56
• 4.2.2 數(shù)據(jù)包解碼與編碼56-58
• 4.3 本章小結(jié)58-60
• 第五章 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析60-72
• 5.1 標(biāo)簽天線測試61-64
• 5.1.1 天線測試環(huán)境介紹61-62
• 5.1.2 天線測試結(jié)果62-64
• 5.2 標(biāo)簽程序測試64-67
• 5.3 能量收集測試67-68
• 5.4 傳輸距離測試68-70
• 5.5 測試結(jié)果總結(jié)70-72
• 第六章 總結(jié)和展望72-74
• 6.1 結(jié)論72
• 6.2 展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 致謝78-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文80

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 趙爭鳴;王旭東;;電磁能量收集技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2015年13期

2 王潔;高慶華;王洪玉;;適用于RFID標(biāo)簽及無線傳感器的射頻喚醒電路[J];微波學(xué)報(bào);2009年04期

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本文編號(hào)：663163