RFID标签天线HFSS建模与仿真

本科生毕业设计（论文）正文（2012届始执行）本科生毕业设计（论文）正文RFID无源标签天线研究与设计摘要在21世纪，信息及无线电技术快速发展，人们对自动控制、监控、追踪以及数据分析提出了更高的需求。射频识别技术是一种不需要互相接触的自动识别技术，它通过高频无线电信号自动识别目标物体并获取相关所需要的数据。射频识别技术因具有诸多优良特性而被广泛运用于很多领域。近几年来，射频识别理论及其天线的设计方法有了很大的发展。本文概述了射频识别系统的组成及其天线的基本工作原理，在分析标签天线主要参数的基础上，设计了谐振频率在915兆赫兹的附着在基板上的半波对称偶极子以及折叠偶极子天线。本文利用Ansoft公司的高频结构仿真软件HFSS，进行建模、仿真和优化并记录了标签天线的基本设计过程。本文所设计的标签天线，经过仿真、优化后的参数满足任务书要求。关键词：RFID系统，标签天线，UHF，HFSS软件本科生毕业设计（论文）正文STUDYANDDESIGNOFTHERFIDTAGANTENNAABSTRACTInthe21stcentury,withtherapiddevelopmentofinformationandradiotechnology,ithasinhighdemandsofautomaticcontrol,monitoring.Trackinganddataanalysis.RFIDtechnologyisanautomaticidentificationtechnologythatdoesnotrequirecontactwitheachotherthroughthehigh-frequencyradiosignal,itautomaticallyidentifythetargetobjectandtheneedtoobtaintherelevantdata.RFIDtechnologyhasmanyexcellentfeaturesandiswidelyusedinmanyfields.Inrecentyears,thetheoryofradiofrequencyidentificationanditsantennadesignmethodhasbeengreatlydeveloped.Thisarticleoutlinesthebasicworkingprincipleofthecompositionandtheantennaoftheradiofrequencyidentificationsystem.Onthebasisoftheanalysisofthemainparameters,ahalf-wavesymmetrydipoleandafoldeddipoleantennaworkingattheresonantfrequenciesof915MHzaredesignedontheFR4substrates.Inthispaper,thehigh-frequencystructuresimulationsoftwareHFSSisusedformodeling,simulationandoptimizationinthetagantennadesign.SimulationresultsshowthattheTagantennadesignmeetthebasicrequirementsofthetask.Keywords:RFID,TagAntennas,UHF,HFSSSimulationsoftware本科生毕业设计（论文）正文目录第一章绪论.................................................................11.1引言................................................................11.2课题背景及意义......................................................11.3国内外研究现状......................................................21.4毕业设计的主要工作及论文章节安排....................................2第二章RFID标签天线相关原理及技术............................................42.1射频识别系统.........................................................42.2天线原理.............................................................42.3RFID标签天线的分类..................................................52.3.1线圈天线............................................................52.3.2缝隙型天线......................................................62.3.3偶极子天线......................................................7第三章UHF频段RFID无源标签天线的设计........................................83.1设计要求............................................................83.1.1阻抗匹配.......................................................83.1.2最大工作距离....................................................93.2设计思路..............................................................93.3标签天线结构设计...................................................103.3.1半波对称偶极子天线的结构设计..................................103.3.2弯折偶极子天线的结构设计......................................10第四章UHF频段RFID无源标签天线的电磁建模与仿真.............................114.1电磁仿真软件.........................................................114.2建模与仿真...........................................................114.3结果分析.............................................................18第五章总结................................................................23参考文献....................................................................24致谢......................................................................25本科生毕业设计（论文）正文第一章绪论1.1引言射频识别技术是一种通过高频电磁破实现物体识别的无线电技术。这项技术最初在二十世纪四十年代应用于军事领域。一个完整的射频识别系统由射频识别阅读器，射频识别标签和射频识别软件系统三大部分组成[1]。其中属于消耗品的射频识别标签使用量巨大。射频识别标签具有体积、容量、阅读距离方面拥有诸多优良特性[2]。RFID技术已经被世界公认为二十世纪十大重要技术之一，并在各大行业领域体现出广阔的应用前景。1.2课题背景及意义“物联网”被IT界普遍认为是继电脑、互联网之后的掀起的第三次信息革命的浪潮。“物联网”主要基于射频识别技术。它是将射频识别装置依附到物体上，利用高频电磁波技术，在不同物体之间实现传播感测到的信息。目前，被广泛使用的识别技术有条形码技术、磁条识别技术、光学识别技术、声音识别技术、视觉识别技术、以及射频识别技术，各种识别技术的比较如表1-1所示。通过对该表中各项性能指标的比较可以看出，相比其他识别技术，RFID技术具有，RFID技术标签具有读取距离大、操作快捷方便，标签上数据可加密、存储数据容量大、受环境影响小等许多突出的优点[18]。表1-1各种识别技术的比较标签天线在整个RFID系统中起到了至关重要的作用，因此本课题选择了标签天线的设计。RFID系统的RFID标签由标签芯片和标签天线两部分构成。其中标签芯片存储着用来表示该标签所附着物体信息的唯一识别代码，而标签天线则起到了接收阅读器照射信号，将照射波束能量经高频整流后对标签IC供电，以及反射调制信号等作用。电子标签天线作为射频识别系统中不可或缺的重要一环，其设计、生产、测试等均是未来研究的主要内容之一[5]。射频识别标签按工作频段可划分为低频(LF)(125或134.2千赫)、高频(HF)(13.56兆赫)、超高频(UHF)(868到956兆赫)和微波（2.45GHz）等不同种类，RFID分类以及相关应用见表1-2。不同频段的射频识别标签的工作原理不同：LF和HF频段RFID电子标签一般采用电磁耦合原理，而UHF及微波频段的RFID一般采用电磁辐射原理。在阅读距离方面，UHF频段读取距离较其他频段远[4]。第1页共25页本科生毕业设计（论文）正文表1-2RFID分类以及相关应用总的来说，超高频段读取距离比较远，其中无源超高频阅读距离可达10m左右，被主要应用物流和供应链管理上。综上分析，本文选择的超高频频段的射频识别无源电子标签的课题拥有有较广的应用范围以及广阔的发展前景。1.3国内外研究现状现阶段，各个国家都在积极推进射频识别技术的发展。美国的射频识别技术较为成熟。美国采用的射频识别技术标准为Auto-IDCenter，它由EPC(电子产品代码)环球协会领导，该协会主导EPCglobal标准的编码体系。欧洲在RFID与物联网的标准、法规等方面建立起国际协作平台，采取EAN产品标准组织，并开放了865MHz～868MHz频段。日本是以智能化应用为基础推动本国射频识别的应用。日本于2005年规定952MHz～954MHz为射频识别使用频段。韩国政府对射频识别给予高度重视，但在RFID标准上仍模糊不清。无线频段为900MHz附近[3]。在国外,RFID技术的研究历史较长，可以检索到大量国外专利。在标签天线小型化方面，国外的一些公司已经取得了很大突破。分形天线、电磁带隙结构、园极化微带天线等新型射频识别标签天线在国外也有很大的发展。在国内，由于射频识别技术起步比较晚。国内专利较少。在自主研发的专利中，又以应用方面的专利为主，技术类型的专利很少。20世纪90年代，国内几家公司引进国外技术，开发了自己RFID系统。国内对RFID天线的研究主要是电感耦合型的RFID天线，对反射调制的天线研究较少[7]。近几年来，在我国政府的大力推动下，射频识别技术处于迅速发展阶段。但在标准和核心专利方面依旧相对匮乏。跟发达国家相比，我们国家的射频识别技术产业链尚不完整，还没有形成统一的国内标准。我国的RFID技术的使用频率是840MHz～845MHz，920MHz～925MHz和800MHz/900MHz