【摘要】：射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)是近年來迅速發(fā)展的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的推廣,以及傳統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)不具備的優(yōu)勢(shì),RFID技術(shù)被廣泛應(yīng)用于物流、生產(chǎn)、生活、醫(yī)療、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。RFID系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽、閱讀器和系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用三大部分構(gòu)成,電子標(biāo)簽的性能對(duì)RFID系統(tǒng)的整體性能有著主要影響,故電子標(biāo)簽的研究與設(shè)計(jì)受到廣大學(xué)者和技術(shù)人員的關(guān)注。本文針對(duì)有芯片標(biāo)簽天線、標(biāo)簽MIMO天線以及無芯片標(biāo)簽傳感器展開了研究,主要研究的問題有小型化、多環(huán)境適應(yīng)性、傳感特性等。論文的主要工作和成果如下:1.為實(shí)現(xiàn)RFID標(biāo)簽在多種環(huán)境下正常工作,提出了一種適應(yīng)多環(huán)境的小型化超高頻RFID標(biāo)簽天線。該天線由外層折疊貼片、中層U型地板和T型匹配網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。通過折疊外層貼片實(shí)現(xiàn)了小型化,天線總尺寸為26 mm×26 mm×7 mm(0.08λ×0.08λ×0.02λ)。引入中層U型地板,與折疊的外層貼片形成兩個(gè)相鄰諧振模式,實(shí)現(xiàn)了比較寬的頻帶效果。天線采用接近式耦合饋電和T型匹配網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了與RFID芯片良好的共軛匹配。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明天線在3種典型環(huán)境下都具有完全覆蓋從902 MHz到928 MHz超高頻RFID工作頻帶的能力,能夠滿足適應(yīng)多環(huán)境的應(yīng)用需求。2.為了進(jìn)一步提高RFID系統(tǒng)的通信速率和抗多徑能力,提出一種適應(yīng)多環(huán)境的超高頻RFID MIMO標(biāo)簽天線。該天線由外層折疊貼片、中層方形貼片和介于兩層介質(zhì)板之間的彎折環(huán)形饋電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。外層貼片的彎折實(shí)現(xiàn)了小型化,天線的總尺寸為35 mm×35 mm×6 mm(0.1λ×0.1λ×0.02λ)。彎折環(huán)形匹配網(wǎng)絡(luò)的引入不僅激勵(lì)了外層輻射體產(chǎn)生所需諧振頻率,同時(shí)環(huán)形匹配網(wǎng)絡(luò)與芯片形成諧振回路,這樣也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與之相鄰的諧振頻率,從而可以實(shí)現(xiàn)頻帶展寬效果。匹配網(wǎng)絡(luò)的正交放置可以改善端口間的隔離度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明天線在3種典型環(huán)境下都具有完全覆蓋從902 MHz到928 MHz超高頻RFID工作頻帶的能力,而且隔離度都大于30 dB,包絡(luò)相關(guān)系數(shù)非常小,能夠滿足適應(yīng)多環(huán)境的應(yīng)用需求以及MIMO性能要求。3.為了實(shí)現(xiàn)低成本RFID傳感器設(shè)計(jì),提出一種用于溫度檢測(cè)的無芯片超高頻RFID標(biāo)簽傳感器。該無芯片標(biāo)簽傳感器由彎折偶極子和一對(duì)開口諧振環(huán)構(gòu)成,利用低成本的蒸餾水作為敏感材料。采用平面電磁波照射獲得傳感器的反向散射信號(hào),再利用雷達(dá)散射面(RCS)獲取編碼信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該傳感器的線性度以及靈敏度都比較好。綜合考慮成本和性能以及隨著整個(gè)RFID系統(tǒng)的逐漸完善,該傳感器可以用于未來目標(biāo)物體的識(shí)別和溫度檢測(cè)。
【圖文】：

第二章 標(biāo)簽天線基礎(chǔ)理論2.1 有芯片標(biāo)簽天線基礎(chǔ)理論2.1.1 超高頻 RFID 系統(tǒng)的工作原理與傳統(tǒng)的接觸式信息傳遞不同，在超高頻 RFID 系統(tǒng)中，讀寫器和標(biāo)簽是通天線發(fā)射的電磁波來進(jìn)行信息的傳遞。由于 RFID 標(biāo)簽是無源設(shè)備，激活標(biāo)簽芯所需要的能量是來自讀寫器天線發(fā)射的電磁波。圖 2.1 是文獻(xiàn)[40-41]所給出的 RF系統(tǒng)的工作原理圖，標(biāo)簽接收來自閱讀器天線發(fā)射的電磁波，，從而激活標(biāo)簽芯片將芯片內(nèi)的標(biāo)識(shí)信息經(jīng)由標(biāo)簽天線發(fā)射出去，然后閱讀器天線進(jìn)行接收，從而實(shí)對(duì)信息的調(diào)制。在實(shí)際應(yīng)用中，讀寫器模塊參數(shù)的設(shè)置是固定的，所以衡量超高頻 RFID 系工作性能的優(yōu)劣主要取決于超高頻 RFID 標(biāo)簽性能的好壞。由于超高頻 RFID 標(biāo)主要是由芯片和天線組成，在設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮這二者的性能指標(biāo)。

圖 2.2 芯片 Higgs-3 等效電路常將駐波比(Voltage Standing Wave義為天線的工作頻段[44]。而對(duì)于 R帶寬，即 VSWR 小于 5.85 或|S11|小相對(duì)帶寬，表示方式如公式 2.1 和HL f f f0fffFBWHL ，fL為最低工作頻率，f0是中心頻益要是通過讀取范圍和讀取距離決定一般在天線最大輻射方向上截取兩
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP391.44;TN822

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本文編號(hào)：2610714