UHF RFID標簽天線設計、仿真及實踐

內(nèi)容概要

　　本書從工程實際出發(fā)，系統(tǒng)講解了UHF
RFID標簽設計過程中所涉及的理論原理和設計要點。其中，第3章為本書的關(guān)鍵，系統(tǒng)介紹了UHF
RFID標簽天線的理論基礎(chǔ)，主要包括阻抗匹配原理和標簽讀取距離的理論計算，這兩部分內(nèi)容不僅是標簽設計理論的要點，同時也決定了對RFID技術(shù)的認知深度；第5～8章分別介紹了雙頻標簽、抗金屬標簽、圓極化標簽、近場天線四種在實際的UHF
RFID運用方案中經(jīng)常被用到的標簽形式，對于其設計理論的認知和設計方法的掌握，可以大幅提高解決RFID項目實際問題的能力；第9章和第10章采用圖片詳盡地介紹了UHF
RFID標簽天線的仿真和制作過程，為讀者盡快找到實踐的方法提供一個切入點；第11章用較短的篇幅簡要介紹了RFID標簽天線的測試要求和測試方法。

作者簡介

本科畢業(yè)于西安電子科技大學信息對抗專業(yè)；碩士畢業(yè)于西安電子科技大學天線與微波技術(shù)國家重點實驗室，從事高速鐵路CTCS系統(tǒng)應答器射頻鏈路及其雙頻應答器天線的設計研究工作。參加工作后長年從事2.4GHz RF—SIM手機支付方案、UHFRFID相關(guān)項目及CMMB內(nèi)置有源天線等研究工作，發(fā)表多篇學術(shù)論文并擁有多項發(fā)明專利，對UHF RFID技術(shù)在智能交通、智能醫(yī)療、物流管理、防偽溯源等方面的運用均有深入研究和具體實踐。本科畢業(yè)于浙江大學信息電子工程系，研究生畢業(yè)于香港科技大學芯片設計專業(yè)，研究生課題為UHF RFID芯片設計，畢業(yè)后留校成為研究員繼續(xù)對RFID芯片及天線進行學術(shù)研究，之后加盟國民技術(shù)股份有限公司，擔任RFID產(chǎn)品線的系統(tǒng)工程師及產(chǎn)品經(jīng)理，完成從芯片、天線設計到讀寫器、標簽及系統(tǒng)應用的全系列RFID產(chǎn)品，同時兼顧移動支付及NFC預研工作。在香港科技大學和國民技術(shù)股份有限公司工作期間，多次承接國家863項目和地方政府重大科研項目。曾經(jīng)兼任深圳RFID產(chǎn)業(yè)標準聯(lián)盟的技術(shù)專家及中國RFID世界網(wǎng)論壇的特聘講師，現(xiàn)有發(fā)明專利十余項?，F(xiàn)工作于UHF RFID協(xié)議創(chuàng)始公司美國意聯(lián)科技有限公司，負責亞太地區(qū)的產(chǎn)品銷售工作。

書籍目錄

第1章 RFID技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀
1.1 研究背景及意義
1.1.1 RFID技術(shù)的起源
1.1.2 RFID技術(shù)的發(fā)展
1.2 超高頻RFID技術(shù)及標簽介紹
1.2.1 RFID技術(shù)的系統(tǒng)組成
1.2.2 RFID標簽分類
1.3 國內(nèi)外標簽技術(shù)的研究現(xiàn)狀
后記
參考文獻
第2章 電磁場基本理論的梳理—繞不開的麥克斯韋方程
2.1 麥克斯韋方程
2.1.1 法拉第定律
2.1.2 安培環(huán)路定律
2.1.3 電場的高斯定律
2.1.4 磁場的高斯定律
2.1.5 小結(jié)
2.2 材料媒質(zhì)中的波動方程及其解
2.3 電磁場理論對于UHF RFID標簽天線設計的指導意義
后記
第3章 UHF RFID標簽天線的理論基礎(chǔ)
3.1 最高功率傳輸?shù)淖杩构曹椘ヅ?br />3.1.1 共軛匹配理論的推導
3.1.2 實際應用中標簽芯片的阻抗計算
3.2 無源超高頻系統(tǒng)及標簽的工作原理
3.3 Friis方程及雷達距離方程與標簽識別距離的關(guān)系
3.3.1 Friis方程
3.3.2 雷達距離方程
3.4 影響UHF RFID系統(tǒng)識別距離的因素
3.4.1 標簽天線增益對標簽激活距離的影響
3.4.2 天線雷達截面對讀寫器檢測距離的影響
3.4.3 天線工作頻率對標簽激活距離的影響
后記
參考文獻
第4章 UHF RFID標簽天線的設計基礎(chǔ)
4.1 偶極子UHF RFID標簽天線的種類
4.1.1 半波對稱偶極子天線
4.1.2 折合偶極子天線
4.1.3 彎折偶極子天線
4.2 UHF RFID標簽天線的設計原則與過程
4.2.1 原則1：阻抗匹配
4.2.2 原則2：天線增益
4.3 UHF標簽天線設計中的關(guān)注點
4.4 UHF RFID標簽的設計過程
4.5 UHF RFID標簽設計示例
后記
參考文獻
第5章 雙頻帶UHF RFID標簽天線的設計
5.1 天線雙頻帶的基本方法
5.1.1 附加諧振枝技術(shù)
5.1.2 開槽技術(shù)
5.1.3 耦合技術(shù)
5.1.4 多模諧振技術(shù)
5.2 UHF RFID雙頻帶標簽的設計原則與過程
5.2.1 UHF RFID雙頻帶標簽的設計原則
5.2.2 UHF RFID雙頻帶標簽的設計過程
后記
參考文獻
第6章 抗金屬標簽的設計
6.1 抗金屬標簽設計的基本方法
6.1.1 調(diào)整標簽天線與金屬表面的距離
6.1.2 采用吸波材料
6.1.3 利用EBG結(jié)構(gòu)的介質(zhì)板
6.1.4 利用微帶天線結(jié)構(gòu)
6.2 UHF RFID抗金屬標簽的設計原則與過程
6.2.1 UHF RFID抗金屬標簽的設計原則
6.2.2 UHF RFID抗金屬標簽的設計過程
后記
參考文獻
第7章 UHF RFID圓極化標簽天線的設計
7.1 圓極化的基本概念及其實現(xiàn)方法
7.1.1 圓極化的基本概念
7.1.2 圓極化天線的實現(xiàn)方法
7.2 基于變形偶極子的圓極化標簽設計
后記
參考文獻
第8章 近場天線
8.1 UHF近場工作天線的設計原則
8.2 近場標簽天線結(jié)構(gòu)
8.2.1 小環(huán)形天線
8.2.2 環(huán)形裂隙諧振天線
8.2.3 長形環(huán)天線
8.3 讀寫器近場天線設計
8.3.1 分段環(huán)天線
8.3.2 分段耦合的近場天線實例分析
8.3.3 分段耦合眼形近場天線實例分析
后記
參考文獻
第9章 UHF RFID標簽天線的仿真過程
9.1 HFSS創(chuàng)建工程及運行環(huán)境
9.2 UHF RFID標簽天線模型設計詳細過程
9.2.1 天線模型的創(chuàng)建
9.2.2 設置邊界條件和端口激勵
9.2.3 設置求解參數(shù)
9.2.4 設計驗證與仿真
9.2.5 創(chuàng)建圖表結(jié)果
9.2.6 參數(shù)變量優(yōu)化
后記
第10章 UHF RFID標簽的研發(fā)制作過程
10.1 RFID標簽天線1:1圖紙的打印
10.2 制作標簽所需要的工具
10.3 標簽的制作過程
后記
第11章 RFID標簽天線的測試
11.1 標簽芯片阻抗測量
11.1.1 方法一
11.1.2 方法二
11.2 標簽天線阻抗測量
11.2.1 鏡像法測量
11.2.2 巴倫測試方法
11.2.3 測量線法
11.2.4 掃頻長線法
11.3 RFID標簽性能測試的實現(xiàn)方法
11.3.1 基于“識別、讀、寫”的三種距離說明
11.3.2 讀標簽最小電場強度值（EMin_read）
11.3.3 寫標簽電場最小電場強度值EMin_write
11.3.4 標簽靈敏度
11.3.5 最大操作電場強度值（Emax）和存活電場強度值（Esurvival）
11.3.6 抗干擾能力（Pnoise）
11.3.7 標簽移動最大衰落率（Frate）
11.4 標簽天線其他參數(shù)測量
11.4.1 最大讀取距離測量
11.4.2 帶寬測量
11.4.3 方向圖測量
11.4.4 雷達截面測量
后記
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   4.3  UHF標簽天線設計中的關(guān)注點 在這里討論幾個重要的RFID標簽天線設計要求，這些要求主要取決于標簽的應用情況。這些設計要求也決定了選擇RFID標簽天線的標準。 1）天線頻帶 天線的工作頻段主要取決于該國家或地區(qū)所使用標簽頻率的規(guī)定。例如，我國規(guī)定的超高頻RFID標簽工作頻率為840.5~844.5MHz和920.5～924.5MHz。 2）天線的形狀和大小 天線形狀和大小必須能夠滿足標簽順利嵌入或貼在所指定的目標上，也需要適合印制標簽的使用。例如，硬紙板盒或紙板箱、航空公司行李條、身份識別卡等。也就是說，天線的形狀和大小主要取決于標簽的使用情況和應用環(huán)境。 3）識別范圍 標簽的最小識別范圍通常由三個因素規(guī)定，它們分別是有效輻射功率（EIIRP）、目標和方向性。其中，有效輻射功率通常由本國或地區(qū)的規(guī)則確定，例如，我國規(guī)定UHF RFID使用的EIRP為3.2W。標簽的性能隨其放置目標的不同而發(fā)生變化，或者當其他物體靠近標簽時其性能也會受到影響。標簽天線設計要盡可能地減小標簽對不同目標或環(huán)境的敏感度，并優(yōu)化標簽的性能。識別范圍也依賴于標簽天線的方向性，某些應用要求標簽天線具有指定的方向模式，如全向性或半球性覆蓋。 4）移動性應用要求 考慮這樣一種情況：貼有RFID標簽的物體可能處于托盤或紙板箱中，它們被傳送帶以200m／min的速度傳輸。在這種情況下，工作頻率為915MHz的RFID系統(tǒng)的多普勒頻移小于30Hz，這通常不會影響RFID系統(tǒng)的運行。然而，標簽在讀寫器的識別范圍內(nèi)消耗的時間更少，所以要求RFID系統(tǒng)具有高速閱讀能力。在此情況下，必須仔細設計RFID系統(tǒng)，以便能可靠地識別移動中的標簽，這也對標簽天線設計提出了更高要求。 5）成本要求 由于RFID標簽是一種低成本設備，因此標簽天線的制造成本也就很低。這就決定了標簽天線設計中結(jié)構(gòu)和材料的選擇，以及與之相連的專用芯片的選擇。標簽天線中的導體通常選用銅、鋁和導電油墨等材料；絕緣體則優(yōu)先選用柔性聚酯和剛性PCB介質(zhì)基底等材料，如FR4、PET等材料。 6）可靠性要求 RFID標簽是一種可靠設備，可以承受溫度、濕度、壓力等外界條件的影響，并且在標簽插入、打印和層疊的過程中不受到損壞。所以在天線設計時，也要求考慮這些因素的影響。

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