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适用于多种环境的RFID标签天线研究

卞定元  
【摘要】: 射频识别技术(RFID,Radio Frequency Identification)是一项新兴的自动识别技术。RFID系统利用射频信号通过空间耦合进行双向信息传输,实现对待识别物体的自动识别和数据采集。一个典型的RFID系统由读写器和电子标签组成。 根据工作频率来分,RFID系统可以分为低频,高频,超高频和微波四个波段。其中超高频段是最具有市场潜力的频段,但是也是技术上最难实现的频段。电子标签能源供应的方式不同,又分为有源和无源两大类。超高频无源RFID标签具有读写距离远、数据速率高、价格便宜、易于批量生产等优点,所以超高频无源RFID系统的设计是目前RFID领域国内外研究的热点。 在RFID标签设计中,标签天线的设计是关键技术之一。天线设计的好坏很大程度上决定了RFID系统的性能指标,尤其是读写距离这个关键指标。设计合适的标签天线,实现天线与标签芯片的阻抗匹配是设计的关键要点,也是难点所所在。天线设计的另一个挑战是应用环境的影响,当天线附近存在水或者金属时,会严重影响天线周围的电磁场分布,天线的谐振频率、增益等特性也会受到影响,严重时天线会无法工作。 本文设计了一个工作在915MHz的RFID标签天线,并且适用于金属背景等多种应用环境。天线的基本形式是具有半球方向图特性矩形微带贴片天线,微带天线的接地板对背向的场起到了屏蔽作用,抑制了环境的影响。为了减小标签天线尺寸,没有使用传统的半波矩形贴片,而是采用了加载短路墙的四分之一波长贴片。为了降低成本,采用FR4作为基片材料。标签芯片和天线之间采用嵌入式微带线馈电,并使用T型开路线实现阻抗匹配。标签天线的辐射贴片、馈线和无源阻抗匹配网络是一个平面结构,加工时可以同时刻蚀,简化了工艺。 本文设计的天线经过实际加工制作,并安装上标签芯片,构成完整的RFID标签。经读卡器进行实测,参数调整后的标签读写距离达到50厘米以上。在金属,水,介质等不同环境下都工作正常,满足各项应用需求。


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