影响rfid识读性能的环境因素研究(附件)
随着物联网的飞速发展，自动识别技术的运用越来越广泛，其中的射频识别技术起到了举足轻重的作用。而日常生活中的环境因素会对射频识别系统的性能参数产生影响，最具代表性的环境因素当属液体和金属。本文的主要目的就是研究液体和金属对射频识别（radio frequency identi?cation, RFID）识读性能产生影响的原因并设计出一款可抗金属和液体的RFID标签天线。整个过程使用HFSS仿真软件进行设计，经研究后发现液体对射频信号有吸收作用而金属对天线产生影响的主要原因在于反射波和感应涡流。最后根据两种材质对天线产生影响的原因改良RFID天线。关键词 自动识别，射频识别，天线，HFSS
目 录
1 引言 1
1.1 研究的目的与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 主要研究内容 2
2 自动识别技术及天线理论 2
2.1 RFID技术发展史 3
2.2 RFID技术组成 4
2.3 RFID的应用 5
2.4 天线理论与部分RFID标签介绍 6
3 影响RFID标签性能的环境因素分析 9
3.1 HFSS简介 9
3.2 金属/液体对RFID标签性能的影响分析 10
4 抗金属/液体标签设计 10
4.1 抗金属/液体标签设计基本方法 10
4.2 抗金属/液体标签天线设计 15
4.3 可调节频率的弯折偶极子天线设计 26
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
1 引言
伴随着社会的不断发展，物流行业发展迅猛，过去的物流管理系统已经不能够满足现如今物流行业的需求，物联网应运而生。作为物与物相连的互联网，物与物之间的信息交换和通信部分是物联网技术的重中之重，但现如今的物联网技术还不够成熟，物与物的数据交互也仍需进一步研发。随着物联网的广泛应用，它受到的社会关注度也在不断提升，并被认为是社会经济进一步发展的基石技术。
早期的物联网是依托射频识别（radio frequency identi?c *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
ation，RFID）技术的物流网络，但现如今的物联网发展到包含其他的感应系统应用的大型网络结构，但物联网的广泛运用依旧离不开RFID技术，而在RFID系统中电子标签占据着举足轻重的地位，如果电子标签因环境因素不能发挥应用的效用，物联网的发展将大大受限。所以为了改善电子标签的识读性能，特选择现如今应用最广泛的超高频RFID电子标签作为研究对象，运用HFSS电磁场仿真软件研究分析环境因素对其的影响并设计改进方案。
1.1 研究的目的与意义
随着物联网的飞速发展，原有RFID产品已经不能满足物联网新增产业的应用需求，因此物联网迫切需要具备全面感知功能的新型RFID标签。近年来,随着低频和高频的RFID技术逐渐被广泛的商业化,超高频(840～ 960MHz)射频识别技术由于识别距离远、准确率高、速度快,得到了广泛的关注[1]。但正因为其在这些方面的广泛应用，超高频RFID标签天线常会在有金属和液体的环境下使用。而当标签天线在有液体或金属的环境下工作时，液体会吸收标签天线的电磁波，金属不仅会吸收电磁波还会产生反向的反射波，因此液体和金属对标签的使用会产生较大影响，所以设计一种可以抗金属和液体的标签天线对于物联网的发展具有重大意义。
1.2 国内外研究现状
在国外RFID的研究已经进行了相当长一段时间，因此发展的也比国内健全许多，通过检索可以搜到国外的RFID专利达6000多项，且其中大半为发明专利。值得注意的是，国外对于RFID天线的研究多在于特定标签IC方面，并且基于相关文献做的实验性研究也没有考虑天线结构的影响，因此在天线设计理论和技术等方面并不具备一般性。
我国目前RFID产业还比较落后，问题很多，需要做的工作也很多[2]。同时国内对于RFID天线的研究方向主要是电感耦合型的RFID天线，在这一点上国外的RFID天线样式较多且完善，因此国内很多的研究所都在借鉴国外的天线样式进行研究。在RFID研发上国内的企业和高校在技术水平和元器件价格受制于国外，但随着物联网的发展国内对于RFID标签设计越来越重视，现国内的RFID技术研究水平正在奋起直追。
1.3 主要研究内容
本课题旨在研究液体和金属对超高频RFID标签天线的影响，以及研究过后设计一款可抗液体和金属的超高频RFID标签天线，在这里使用HFSS电磁场仿真软件作为研究软件，设计、模拟仿真标签天线模型。在本次毕业设计中主要完成了以下工作：
（1）设计一种超高频RFID标签天线，并分别在无金属和液体环境下、金属环境下和液体环境下的仿真；
（2）通过对仿真结果数据的分析，研究出金属和液体会对超高频RFID标签天线性能参数产生影响的原因；
（3）设计一种可抗金属和液体的标签天线并验证。
2 自动识别技术及天线理论
可以自动采集数据的技术被称为自动识别技术，这些数据包括和人或物相关联的各种信息。作为一种高度自动化的信息或数据收集技术，其主要包含有自动识别、信息收集和移动计算三方面的技术运用。
RFID技术就是众多自动识别技术中的一种，除RFID技术之外它还包含有条形码系统、IC卡（芯片卡）、生物识别和光学符号识别等。目前使用最广泛、技术最成熟的当属条形码系统（UPC），这种系统利用各平行线条的粗细和线条间距的不同来代表二进制的不同代码，读取后就能提取到条形码所表示的特定信息。
图2.1 条形码和二维码
集成电路卡（integrated circuits card）简称为IC卡，同时也被我们俗称为智能卡，它是一种电子式数据存储器系统。它可以通过读写器读取、写入和重写塑料卡内置的微型集成电路芯片，主要利用读写器和集成电路卡产生的接触电流实现数据的交互。因为IC卡的便利性和可靠性被运用在日常生活中的方方面面，其中最具代表性的就是手机卡和银行卡。
目 录
1 引言 1
1.1 研究的目的与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 主要研究内容 2
2 自动识别技术及天线理论 2
2.1 RFID技术发展史 3
2.2 RFID技术组成 4
2.3 RFID的应用 5
2.4 天线理论与部分RFID标签介绍 6
3 影响RFID标签性能的环境因素分析 9
3.1 HFSS简介 9
3.2 金属/液体对RFID标签性能的影响分析 10
4 抗金属/液体标签设计 10
4.1 抗金属/液体标签设计基本方法 10
4.2 抗金属/液体标签天线设计 15
4.3 可调节频率的弯折偶极子天线设计 26
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
1 引言
伴随着社会的不断发展，物流行业发展迅猛，过去的物流管理系统已经不能够满足现如今物流行业的需求，物联网应运而生。作为物与物相连的互联网，物与物之间的信息交换和通信部分是物联网技术的重中之重，但现如今的物联网技术还不够成熟，物与物的数据交互也仍需进一步研发。随着物联网的广泛应用，它受到的社会关注度也在不断提升，并被认为是社会经济进一步发展的基石技术。
早期的物联网是依托射频识别（radio frequency identi?c *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
ation，RFID）技术的物流网络，但现如今的物联网发展到包含其他的感应系统应用的大型网络结构，但物联网的广泛运用依旧离不开RFID技术，而在RFID系统中电子标签占据着举足轻重的地位，如果电子标签因环境因素不能发挥应用的效用，物联网的发展将大大受限。所以为了改善电子标签的识读性能，特选择现如今应用最广泛的超高频RFID电子标签作为研究对象，运用HFSS电磁场仿真软件研究分析环境因素对其的影响并设计改进方案。
1.1 研究的目的与意义
随着物联网的飞速发展，原有RFID产品已经不能满足物联网新增产业的应用需求，因此物联网迫切需要具备全面感知功能的新型RFID标签。近年来,随着低频和高频的RFID技术逐渐被广泛的商业化,超高频(840～ 960MHz)射频识别技术由于识别距离远、准确率高、速度快,得到了广泛的关注[1]。但正因为其在这些方面的广泛应用，超高频RFID标签天线常会在有金属和液体的环境下使用。而当标签天线在有液体或金属的环境下工作时，液体会吸收标签天线的电磁波，金属不仅会吸收电磁波还会产生反向的反射波，因此液体和金属对标签的使用会产生较大影响，所以设计一种可以抗金属和液体的标签天线对于物联网的发展具有重大意义。
1.2 国内外研究现状
在国外RFID的研究已经进行了相当长一段时间，因此发展的也比国内健全许多，通过检索可以搜到国外的RFID专利达6000多项，且其中大半为发明专利。值得注意的是，国外对于RFID天线的研究多在于特定标签IC方面，并且基于相关文献做的实验性研究也没有考虑天线结构的影响，因此在天线设计理论和技术等方面并不具备一般性。
我国目前RFID产业还比较落后，问题很多，需要做的工作也很多[2]。同时国内对于RFID天线的研究方向主要是电感耦合型的RFID天线，在这一点上国外的RFID天线样式较多且完善，因此国内很多的研究所都在借鉴国外的天线样式进行研究。在RFID研发上国内的企业和高校在技术水平和元器件价格受制于国外，但随着物联网的发展国内对于RFID标签设计越来越重视，现国内的RFID技术研究水平正在奋起直追。
1.3 主要研究内容
本课题旨在研究液体和金属对超高频RFID标签天线的影响，以及研究过后设计一款可抗液体和金属的超高频RFID标签天线，在这里使用HFSS电磁场仿真软件作为研究软件，设计、模拟仿真标签天线模型。在本次毕业设计中主要完成了以下工作：
（1）设计一种超高频RFID标签天线，并分别在无金属和液体环境下、金属环境下和液体环境下的仿真；
（2）通过对仿真结果数据的分析，研究出金属和液体会对超高频RFID标签天线性能参数产生影响的原因；
（3）设计一种可抗金属和液体的标签天线并验证。
2 自动识别技术及天线理论
可以自动采集数据的技术被称为自动识别技术，这些数据包括和人或物相关联的各种信息。作为一种高度自动化的信息或数据收集技术，其主要包含有自动识别、信息收集和移动计算三方面的技术运用。
RFID技术就是众多自动识别技术中的一种，除RFID技术之外它还包含有条形码系统、IC卡（芯片卡）、生物识别和光学符号识别等。目前使用最广泛、技术最成熟的当属条形码系统（UPC），这种系统利用各平行线条的粗细和线条间距的不同来代表二进制的不同代码，读取后就能提取到条形码所表示的特定信息。
图2.1 条形码和二维码
集成电路卡（integrated circuits card）简称为IC卡，同时也被我们俗称为智能卡，它是一种电子式数据存储器系统。它可以通过读写器读取、写入和重写塑料卡内置的微型集成电路芯片，主要利用读写器和集成电路卡产生的接触电流实现数据的交互。因为IC卡的便利性和可靠性被运用在日常生活中的方方面面，其中最具代表性的就是手机卡和银行卡。
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