摘 要

射频识别技术是近些年兴起的一种非接触式识别技术，相比于其他的识别技术，他拥有众多优势，比如识别距离大，可以读出和写入数据以及同时处理多个标签等等。在物联网日益发达的今天，RFID技术扮演者越来越重要的角色。

论文主要研究了用于UHF频段的RFID电子标签天线的设计。针对我们研究的RFID标签天线,首先我们对RFID技术进行了简单的论述，然后对所使用的贴片天线结构进行了简单的介绍，通过理论的计算在HFSS电磁仿真软件当中绘制出模型。并进行仿真以及微调。同时本文还解决了标签天线与芯片之间的匹配问题。本论文通过对天线阻抗匹配进行分析，研究了传输线馈电位置，传输线宽度和传输线长度对天线阻抗的影响。

关键词：RFID;电子标签;UHF频段;阻抗匹配

Abstract

RFID technology is the rise of non-contact recognition technology in the recent years. Compared with other identification technology, it has many advantages, such as identification of long distance, read and write data , handle multiple tags at the same time, and so on. The Internet of Things increasingly developed today, RFID technology plays an increasingly important role.

Thesis mainly studied RFID electronic tag antenna design at UHF band. First of all we roughly review RFID technology. Then the simple introduction of the patch antenna structure is presented. Through the theoretical calculation to simulate the model in the electromagnetic simulation software HFSS. Also the thesis investigates the impedance matching problem between the tag antenna and the chip. In addition, it report that the antenna impedance is affected by transmission line feed position, the transmission line width and length, which is a method to adjust the antenna impedance matching.

Key Words：RFID; electronic tag antenna; UHF frequency band; impedance matching

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 题目背景与研究意义 1

1.2 RFID系统的构成以及简介 2

1.2.1 RFID系统的构成 2

1.2.2 RFID系统的工作原理 2

1.3 RFID系统的分类 3

1.4 本文研究内容与结构 4

第二章 贴片天线的原理与分析 6

2.1 微带贴片天线的馈电方式 7

2.1.1 传输线馈电 7

2.1.2 同轴线馈电 8

2.2微带贴片天线的原理 9

2.2.1 微带贴片天线的辐射机理 10

2.2.2 辐射场的求解 11

2.2.3 基板参数计算 11

2.2.4 矩形贴片长宽的确定 12

2.2.5 基板尺寸的计算 12

2.3 HFSS软件的简介 13

2.4 用于UHF频段的矩形微带天线的仿真与分析 14

2.4.1 矩形微带贴片天线的尺寸计算 14

2.4.2 仿真结果与分析 14

第三章 标签天线的阻抗匹配 19

3.1阻抗匹配的意义 19

3.2阻抗匹配的理论依据 19

3.3阻抗匹配的仿真与分析 21

3.3.1 馈线的长度对天线输入阻抗的影响 21

3.3.2馈线宽度对天线输入阻抗的影响 23

3.3.3 馈线位置对天线输入阻抗的影响 25

3.4 天线最终方案分析 26

第四章 结束语 29

参考文献 31

致谢 32

第一章 绪论

1.1 题目背景与研究意义

19世纪九十年代，德国物理学家赫兹第一次用实验证明了电磁波的存在。十多年之后，马可尼开发出了第一套，能够提供无线通信服务的系统，自此以后，越来越多的无线系统被开发并应用于众多的场合，比如通信，识别以及定位当中。在室内，或者是小范围的环境下，为了识别特定标签的目的，射频识别技术(Radio Frenquency Identification ,RFID)由此产生，并且在各个方面得到了广泛的运用。

相对于其他的识别技术，RFID技术优势众多，不需要接触，可以存入和取出数据，一次性能够读取多个标签，并且还有一定的保密性等等的特点。射频识别技术在近几年得到了大力的发展，并且在各个领域取得了广泛的应用，尤其在现在物联网日趋发达，RFID技术因为其独有的这些优势，拥有无限的潜力^[1]。在RFID系统背后还有着比如电子终端设备，数据库的构建，以及商用的管理软件等等，这一整套产业链都将会随着RFID的兴起而得到发展，这里面蕴藏的商业价值也被各大公司所瞄准。Microsoft,甲骨文，英特尔等公司都走在RFID技术的前列，可以预见在未来，射频识别技术将大有可为。小到超市摆放的各类商品，大到机场托运行李，都可以使用RFID技术。在最近，全球航空运输协会推出了最近五年之内，全球最忙碌的80个机场的RFID应用计划，他们将使用射频识别技术来逐步取代落后的条形码技术，为我们的出行增添更多的便利。

相对于RFID发展以及应用都已经进入快车道的欧美国家，我们国家的射频识别技术起步比较晚，对于使用在某些特殊环境下的应用研究就是少之又少。由于应用在实际生产生活中要面临很多复杂的环境，比如说读写器天线需要满足圆极化，或者应用于特定的频段。对于标签天线则是面临更多困难，比如小型化，使用寿命，防水等等一系列的问题。所以说，我国发展射频识别技术已经刻不容缓。对于我国RFID发展的现状，低频(低于300KHz)、高频(13.56MHz)的研究已经进行了很多年，有了一定的积累，但是对于超高频段UHF的研究，还比较落后，基础薄弱，与国外有着很大的差距^[2]。

RFID技术最大的特点就是可以不用接触物体就可以识别，在读写器和被识别物体之间通过电磁波来传递信息，所以天线在其中扮演着很重要的作用。首先，天线决定了系统工作在哪个频段，系统采用哪种通信方式等等。其次，对于标签天线来说，由于是无源网络，所以需要从天线中获取电磁场提供的能量，使得芯片可以工作，并读取或者写入数据。所以说对于射频识别技术来说，天线有着很重要的意义。但是对于标签天线来说还存在很难克服的问题，比如天线需要共平面，或者需要小型化以合适安装到需要识别的物体上。