文档介绍：硕士学位论文
UHF 频段近场 RFID 阅读器天线研究
RESEARCH ON UHF ANTENNA FOR
NF RFID READER
丁旭旻
哈尔滨工业大学
2012 年 6 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学硕士学位论文
UHF 频段近场 RFID 阅读器天线研究
硕士研究生: 丁旭旻
导师: 吴群教授
申请学位: 工学硕士
学科: 电磁场与微波技术
所在单位: 电子与信息工程学院
答辩日期: 2012 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
:
Dissertation for the Master’s Degree in Engineering
RESEARCH ON UHF ANTENNA FOR
NF RFID READER
Candidate: Ding Xumin
Supervisor: Prof. Wu Qun
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: ic Field and
Microwave Technology
Affiliation: School of Electronics and
Information Engineering
Date of Defence: June, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
近年来,UHF (ultra-high frequency) 频段近场 RFID (radio-frequency
identification)系统由于其自身的优势吸引了广泛的注意力。它的提出,解决了
传统的 UHF RFID 标签周围存在高介电常数介质,如水或金属的情况下,系统
不能正常工作的难题。传统的 UHF RFID 系统基于电磁波传播的工作方式,对
标签周围的介质环境很敏感。UHF NF (near-field) RFID 系统的能量传输模式既
可以是电场耦合,也可以是磁场耦合。磁场耦合的系统中,能量主要保存在磁
场中,只会被高磁导率的物体所影响,这样的物体在日常生活中并不常见。正
是因为此原因,LF/HF RFID 系统可以在靠近金属或液体的介质环境下可靠工
作。UHF NF RFID 系统的提出,可以将射频识别系统应用到物品级,例如医药
产品、药物管理、生物应用等。
UHF 频段近场 RFID 阅读器天线设计中必须要解决的技术关键问题之一就
是要产生一个足够强且相对均匀的磁场分布区域,用作阅读器的应答区域。传
统的 LF/HF RFID 系统中大都采用电小环天线作为阅读器天线,天线上的电流
分布具有几乎相同的相位,所以天线的中心区域轴向的磁场能量强度集中。但
是用在 UHF 频段,为了保证阅读区域和清点距离,减小天线尺寸的方法不再适
用。对于一个电大尺寸的环天线,天线的周长和波长相当,天线上的电流分布
经历相位变化和反向,中心区域的磁场较弱。因此,设计处适合 UNF 频段使用
的近场阅读器天线是一个很大的挑战。
首先,基于上述实际需要,本文在分析磁场强度产生机理的基础上,提出
了一种新型的适用于 UHF NF RFID 阅读器印刷折叠振子天线。该天线通过磁场
耦合的方式来工作。清点区域的强且均匀的磁场通过一对反向电流对激励产生。
折叠振子天线印刷在 32×20cm2 的 FR-4 基板上。天线的带宽为 826-853MHz。
当天线发射功率只有 17dBm 时,对 Impinj F43 标签的阅读区域为 ×24cm2,
清点距离可以达到 5mm。对于标准陶瓷 ISO1800-6-C 标签,阅读范围可以达到
58×42cm2,天线中间的清点距离可以到达 77mm。所设计的天线具有结构简单、
阅读区域广的特点,特别是在不断降低发射功率仍能保证有足够的清点区域。
其次,为了实现具有同向电流分布的电大尺寸环天线,本文优化设计出一
种多层板结构的印刷偶极子阵列,天线采用多层 FR-4 板结构进行加工实现,天
线谐振于 8