高频rfid小型化天线的研究和设计【字数：9187】
摘 要本文首先对高频RFID天线小型化技术的选题背景和意义进行了阐述，系统介绍了RFID系统和标签天线，确立了研究目标和内容；其次对天线原理进行了解释，介绍了天线的基本电参数，并基于这些理论进行了高频标签天线的研究和设计，设计出来一款厚度为1mm，长宽为60mm*60mm的小型化高频天线，然后对设计出来这种天线进行了HFSS仿真，首先建立介质板，其次设置激励端口，然后定义边界条件，设置中心频率，设置扫频范围。最终得到线圈电感值与圈数表，磁场分布图和电流分布图也验证了设计的合理性。
目 录
1. 绪论 1
1.1 选题背景及研究现状 1
1.2 RFID系统概述 2
1.3 RFID系统标签天线 3
1.3.1 RFID电子标签概述 3
1.3.2 关于天线的研究 3
1.3.3 天线设计方面的要求 4
1.4 RFID天线的类别及优势 4
1.4.1 类别 4
1.5 RFID天线的研究方向 5
2. 运行原理 5
2.1 RFID系统运行原理 5
2.2 高频RFID标签的原理 6
2.3 高频天线的原理 6
3. 标签天线的基本理论及等效电路分析 7
3.1 天线的基本电参数 7
3.1.1 球面坐标系 7
3.1.2 方向图 7
3.1.3 天线的带宽 8
3.2 RFID标签天线等效电路分析 8
3.2.1 串联谐振电路分析 8
3.2.2 并联谐振电路分析 8
4.天线的设计 9
4.1 天线最佳设计尺寸的理论依据 9
4.1.1 安培定理 9
4.1.2 毕奥萨伐尔定律 9
4.1.3 天线电感值和Q值的计算 10
5. HF频段RFID天线的电磁建模与仿真 11
5.1 电磁仿真软件 11
5.2 总体设计思路 11
5.3 天线仿真 12
5.4 仿真结果分析 18
6. 未来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
的展望 23
6.1 RFID天线小型化技术未来的展望 23
结语 24
参考文献 25
致谢 26
1. 绪论
1.1 选题背景及研究现状
射频识别技术很早之前便在国外发展起来，现在已经形成了成熟的体系，在欧洲、日本和美国这些发达国家，他们的技术都已经自成一套体系。目前有三种较为普及的射频识别系统，本文主要研究的是高频系统，另外两个是低频和超高频，高频系统的应用现今是最广的。高频的主要频段就是13.56MHZ，而超高频则主要分布在868mhz956mhz的范围内，低频主要有134.2khz和125khz两种。在北美，高频频段的RFID系统发展比较成熟，而且基本都是远距离的应用，欧洲与北美不同，欧洲大部分在微波频段。5.8GHz的有源RFID系统在日本地区和欧洲地区都发展得比其他地区成熟。
我国因为刚起步的原因落后了一些国家，但是随着在射频识别技术的开发和研究进展的加快，应用市场也日趋成熟。我国列车号自主辨识系统工程研发中，开发出了拥有独家知识产权的自主辨识系统。经过几年的现场勘验和调查，自动识别系统工程在1999年全面投入建设生产。在接近两年的建设后终于迎来了试运行，更值得骄傲的是成功试运行后已经实现了系统设计的功能，这既是RFID技术的发展的见证，也让几代人的梦想得以实现，现今越来越广地渗透辐射到其他方面，在这些方面的作用也越来越明显。现在我们已经习惯坐公交车的时候使用射频卡做了车票付费，吃饭的时候也更加离不开电子饭卡，这些都得益于RFID技术的发展，RFID技术已经与我们的生活息息相关。
下面谈谈在技术开发和产品研发的领域的发展，我国现今已初步具有了研发低高频标签和微波标签的实力。但是在核心芯片方面与国外先进之间的差距还是显而易见的。我们也在努力去追赶上国外的RFID技术水平，令人鼓舞的是在芯片设计开发这方面，国内已经有一部分低频系统芯片研制成功，经过检测调试后现已成功应用。
近几年来RFID技术随着我们科技水平的飞速上升也发展得越来越快，已经完全融入到我们的生活中，生活中随处可见这项技术的实际应用。而物联网行业的快速发展的同时也不断地推动着RFID在技术层面上的革新。各种各样射频识别设备在物联网系统中得到了充分地运用，RFID因其特有的多目标识别以及高速移动识别的特点成为许多技术的首选，非接触性的特点也让其在生产、信息、传输管理等方面显示出广泛的应用空间与发展潜力，RFID技术也被公认为是2000年后的最具开发和发展潜力的技术之一，RFID技术的发展势必将为未来科技的发展提供强有力的推动力。
现今RFID天线也不在满足于过去的外放式，随着技术的不断革新和时代地不断发展，对天线小型化的需求也越来越大，对功耗的要求变高，低能耗成为关键因素，本篇论文将综合考虑这些因素后设计出一款高频天线。
1.2 RFID系统概述
RFID中文名为射频识别，通过接收和发送射频信息信号从而快速地进行数据信息之间的交换，是一种自动识别技术且无需接触，不需要像以前那样，可以完全解放人工操作的麻烦。这种技术能够有效地识别多个标签，即使是高速运动的物体也不例外，操作更加便捷，解放了许多不需要的劳动力。RFID技术起始于第一次世界大战末期，继承了传统条码技术，被外界广泛称为 “射频标签”或"电子标签"。以下三个元件构成了一个完整的射频识别系统：
1.标签：主要含有芯片和耦合元件，可以附着在物体上，每个标签都有属于自己的一个标签编码，标签编码上含有对象的信息，如图1.1所示；
/
图1.1标签
2.阅读器：一般有手持式和固定式两种，我们学校食堂的刷卡器就是固定式的，可以读取和写入信息，如图1.2所示；
/
图1.2阅读器
3.天线：天线承担着在读取器和标签间传递电信号的任务，通常有阅读器天线和标签天线两种，下文将对标签天线做详细的介绍。
1.3 RFID系统标签天线
1.3.1 RFID电子标签概述
主动发送电磁波信号的为主动型标签，从磁场中获得能量的是被动型标签（根据发送方式）。
目 录
1. 绪论 1
1.1 选题背景及研究现状 1
1.2 RFID系统概述 2
1.3 RFID系统标签天线 3
1.3.1 RFID电子标签概述 3
1.3.2 关于天线的研究 3
1.3.3 天线设计方面的要求 4
1.4 RFID天线的类别及优势 4
1.4.1 类别 4
1.5 RFID天线的研究方向 5
2. 运行原理 5
2.1 RFID系统运行原理 5
2.2 高频RFID标签的原理 6
2.3 高频天线的原理 6
3. 标签天线的基本理论及等效电路分析 7
3.1 天线的基本电参数 7
3.1.1 球面坐标系 7
3.1.2 方向图 7
3.1.3 天线的带宽 8
3.2 RFID标签天线等效电路分析 8
3.2.1 串联谐振电路分析 8
3.2.2 并联谐振电路分析 8
4.天线的设计 9
4.1 天线最佳设计尺寸的理论依据 9
4.1.1 安培定理 9
4.1.2 毕奥萨伐尔定律 9
4.1.3 天线电感值和Q值的计算 10
5. HF频段RFID天线的电磁建模与仿真 11
5.1 电磁仿真软件 11
5.2 总体设计思路 11
5.3 天线仿真 12
5.4 仿真结果分析 18
6. 未来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
的展望 23
6.1 RFID天线小型化技术未来的展望 23
结语 24
参考文献 25
致谢 26
1. 绪论
1.1 选题背景及研究现状
射频识别技术很早之前便在国外发展起来，现在已经形成了成熟的体系，在欧洲、日本和美国这些发达国家，他们的技术都已经自成一套体系。目前有三种较为普及的射频识别系统，本文主要研究的是高频系统，另外两个是低频和超高频，高频系统的应用现今是最广的。高频的主要频段就是13.56MHZ，而超高频则主要分布在868mhz956mhz的范围内，低频主要有134.2khz和125khz两种。在北美，高频频段的RFID系统发展比较成熟，而且基本都是远距离的应用，欧洲与北美不同，欧洲大部分在微波频段。5.8GHz的有源RFID系统在日本地区和欧洲地区都发展得比其他地区成熟。
我国因为刚起步的原因落后了一些国家，但是随着在射频识别技术的开发和研究进展的加快，应用市场也日趋成熟。我国列车号自主辨识系统工程研发中，开发出了拥有独家知识产权的自主辨识系统。经过几年的现场勘验和调查，自动识别系统工程在1999年全面投入建设生产。在接近两年的建设后终于迎来了试运行，更值得骄傲的是成功试运行后已经实现了系统设计的功能，这既是RFID技术的发展的见证，也让几代人的梦想得以实现，现今越来越广地渗透辐射到其他方面，在这些方面的作用也越来越明显。现在我们已经习惯坐公交车的时候使用射频卡做了车票付费，吃饭的时候也更加离不开电子饭卡，这些都得益于RFID技术的发展，RFID技术已经与我们的生活息息相关。
下面谈谈在技术开发和产品研发的领域的发展，我国现今已初步具有了研发低高频标签和微波标签的实力。但是在核心芯片方面与国外先进之间的差距还是显而易见的。我们也在努力去追赶上国外的RFID技术水平，令人鼓舞的是在芯片设计开发这方面，国内已经有一部分低频系统芯片研制成功，经过检测调试后现已成功应用。
近几年来RFID技术随着我们科技水平的飞速上升也发展得越来越快，已经完全融入到我们的生活中，生活中随处可见这项技术的实际应用。而物联网行业的快速发展的同时也不断地推动着RFID在技术层面上的革新。各种各样射频识别设备在物联网系统中得到了充分地运用，RFID因其特有的多目标识别以及高速移动识别的特点成为许多技术的首选，非接触性的特点也让其在生产、信息、传输管理等方面显示出广泛的应用空间与发展潜力，RFID技术也被公认为是2000年后的最具开发和发展潜力的技术之一，RFID技术的发展势必将为未来科技的发展提供强有力的推动力。
现今RFID天线也不在满足于过去的外放式，随着技术的不断革新和时代地不断发展，对天线小型化的需求也越来越大，对功耗的要求变高，低能耗成为关键因素，本篇论文将综合考虑这些因素后设计出一款高频天线。
1.2 RFID系统概述
RFID中文名为射频识别，通过接收和发送射频信息信号从而快速地进行数据信息之间的交换，是一种自动识别技术且无需接触，不需要像以前那样，可以完全解放人工操作的麻烦。这种技术能够有效地识别多个标签，即使是高速运动的物体也不例外，操作更加便捷，解放了许多不需要的劳动力。RFID技术起始于第一次世界大战末期，继承了传统条码技术，被外界广泛称为 “射频标签”或"电子标签"。以下三个元件构成了一个完整的射频识别系统：
1.标签：主要含有芯片和耦合元件，可以附着在物体上，每个标签都有属于自己的一个标签编码，标签编码上含有对象的信息，如图1.1所示；
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图1.1标签
2.阅读器：一般有手持式和固定式两种，我们学校食堂的刷卡器就是固定式的，可以读取和写入信息，如图1.2所示；
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图1.2阅读器
3.天线：天线承担着在读取器和标签间传递电信号的任务，通常有阅读器天线和标签天线两种，下文将对标签天线做详细的介绍。
1.3 RFID系统标签天线
1.3.1 RFID电子标签概述
主动发送电磁波信号的为主动型标签，从磁场中获得能量的是被动型标签（根据发送方式）。
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