摘 要

射频识别（RFID）技术又叫做非接触式自动识别技术，主要通过与射频信号的空间电磁波耦合来实现无需直接接触的双方向通信、信息传递和物体识别。一个最基本的RFID系统通常由发射射频信号读写器（Reader）、捕捉发射射频信息的标签（Tag）和管理执行相应操作的应用系统（Application System）三部分组成。标签由标签芯片和标签天线共同组成，RFID 系统性能由标签性能决定，标签性能又取决于标签天线的性能，所以对标签天线进行独立研究和分析是有必要的。标签天线的读取距离受阻抗匹配度和增益的影响，阻抗匹配和增益制约标签天线的设计。目前，超高频（UHF）RFID 技术比其它频段的射频技术具有可传输更大容量信息、读取范围更宽、快速响应以及成本低的优势所以对UHF FRID技术的研究是时下的热点和重点。另外，阻抗匹配和小型化是天线设计的重要技术指标，由于目前标签芯片集成化技术日臻成熟，所以标签的大小主要由标签天线的尺寸决定，因此要对标签实现小型化也就是标签天线的小型化，弯折技术是最常用的小型化技术之一。本文主要介绍了UHF RFID标签天线的相关理论基础和几种简单的阻抗匹配技术，针对天线设计要求设计了一种弯折偶极子RFID标签天线，构型采用了采用T型阻抗匹配模型，利用软件 HFSS 进行建模仿真及优化设计出符合要求的标签天线。

关键词：射频识别；标签天线；共轭匹配 ；弯折偶极子；小型化

Abstract

Radio Frequency Identification (RFID) technology, also known as non-contact automatic identification technology, mainly achieves two-way communication, information transmission and object recognition without direct contact by coupling with the space electromagnetic wave of radio frequency signal. A basic RFID system is usually composed of three parts: a radio frequency signal reader, a tag to capture radio frequency information and an application system to perform corresponding operations. The tag chip and the tag antenna composed a tag.The performance of tags is the main factor that determines the performance of RFID system.and tag performance depends on the performance of tag antenna. Therefore, it is necessary to independently study and analyze tag antenna. The reading distance of tag antenna is affected by impedance matching and gain.Impedance Matching and Gain Restriction restrict the Design of Label Antenna At present, UHF RFID technology has the advantages of transmitting more capacity information, broader reading range, fast response and lower price by comparing with other frequency band RFID technologies. Therefore, the research on UHF FRID technology is the current hot spot and focus. In addition, impedance matching and miniaturization are important technical indicators of antenna design. As the integrated technology of tag chip is maturing, the size of the tag antenna basically determines the size of the tag .Therefore, miniaturization of tag antenna is the miniaturization of tag antenna. Bending technology is one of the most commonly used miniaturization technologies.This paper mainly introduces the theory basis of UHF RFID tag antenna and several simple impedance matching techniques. A bending dipole RFID tag antenna is designed according to the antenna design requirements. The configuration adopts T-type impedance matching model, and the software HFSS is used to model, simulate and optimize the tag antenna to meet the requirements.

Key Words：RFID；Label Antenna； Conjugate Matching； Bended Dipole； Miniaturization；

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景和意义 1

1.2 RFID技术发展的国内外研究现状 2

1.3 论文研究内容和结构安排 4

第2章 标签天线的电磁理论基础 5

2.1 常见UHF RFID 系统简介 5

2.2 电磁场基本理论 5

2.2.1 麦克斯韦方程组 5

2.2.2 电磁场理论对标签设计的意义 6

2.3 天线的主要参数 6

2.3.1 天线方向性 7

2.3.2 增益 7

2.3.3 天线的效率 8

2.3.4 反射系数 8

2.3.5 天线输入阻抗及阻抗匹配 8

2.4 HSS仿真软件 9

第3章UHF RFID标签天线设计基础 10

3.1 几种偶极子标签天线的介绍 10

3.1.1 半波对称偶极子天线 10

3.1.2 折合偶极子天线 10

3.1.3 弯折偶极子天线 11

3.2 影响UHF FRID标签性能的因素 12

3.2.1 几种基本阻抗匹配网络 12

3.2.2 天线增益 14

3.3 小结 14

第4章 标签天线的设计、仿真 15

4.1 UHF RFID 标签天线设计步骤 15

4.1.1 标签天线设计要求 15

4.1.2 标签天线的阻抗确定 16

4.1.3 天线类型确定及参数初步取值 16

4.2 UHF RFID 标签天线的仿真及优化 17

4.2.1 标签天线模型的创建 17

4.2.2 仿真初步报告 18

4.2.3 UHF RFID标签天线参数扫描及确定 20

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1 研究的背景和意义

射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)又叫无线电频率识别，是一项形成于二十世纪中期到现在迅猛发展起来的新兴自动识别技术。该技术同时也叫非接触式的自动识别手段，它可以无需接触就能自动识别目标物体、并对其定位、检测甚至追踪，由于这一特点RFID技术主要被应用在物流追踪与管理领域。采用与电磁波耦合的原理进行工作摆脱了许多环境因素的影响，具有更多优势如视野不受限制、识别响应速度变快、能高效率的同时对多个物体识别等^[1]。RFID技术也是物联网的核心技术，随着物联网的快速发展，射频识别技术自然也逐渐被大家广泛关注，并且目前射频识别技术被广泛应用于各个领域，常见的领域有交通管理、物流运输、医疗卫生等，为促进其更好的发展，国家投入了大量人力和资源进行研究。

RFID系统通常由标签(Tag)、读写器(Reader)以及应用系统(Application System)三部分构成^[2]。其工作原理为读写器将信号与射频信号耦合后送给标签将其激活，标签自带存储信息会在被激活后把信息传输给读写器，标签信息再经由读写器发送给应用系统，最后应用系统结合具体实际应用背景来对数据进行控制、存储和管理等等。标签是放在目标物体上面的，每一个标签对应着一个物体的各种信息比如属性、状态等，目标物体种类繁多数目庞大因此就需要大量标签，生活中是会大量需求芯片，所以只有标签性能良好及价格的合理才能使生产生活正常进行。芯片和标签天线组成了标签，在标签芯片基本都已实现了很好的集成化的情况下，标签天线的尺寸基本决定了标签的大小。所以，为了偏于携带与应用，要求标签的体积尽可能小。当标签的满足基本性能、可以稳定工作后进一步研究对其进行小型化设计是标签天线设计的必要趋势，小型化设计标签天线正是现阶段人们研究的重点和热点也是本文仿真设计的重点。