【摘 要】
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为了跟随市场对射频识别系统（Radio Frequency Identification,RFID）日益增长的应用需求,用于低成本、低功耗RFID天线的研究日渐活跃。本文以新型RFID技术的应用为研究课题,重点研究了HF频段RFID读写天线、UHF RFID频段半有源标签天线、无芯片RFID湿度传感器等,主要设计分为三个部分:1.设计了一款全极化、低成本的高频RFID读写天线。首先分析了高频射频识
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为了跟随市场对射频识别系统（Radio Frequency Identification,RFID）日益增长的应用需求,用于低成本、低功耗RFID天线的研究日渐活跃。本文以新型RFID技术的应用为研究课题,重点研究了HF频段RFID读写天线、UHF RFID频段半有源标签天线、无芯片RFID湿度传感器等,主要设计分为三个部分:1.设计了一款全极化、低成本的高频RFID读写天线。首先分析了高频射频识别系统的工作原理,研究了高频读写天线矩形线圈的阻抗变化和磁场分布,提出了两款大尺寸高频读写天线模型,经过在货柜的实际环境中测试,单个天线模型可以读取15-20cm的距离。将三个读写天线模型垂直交叉组成三维立体模型,使得三维模型空间中的每个方向上都有极化分量。该模型能够识别到空间中任何方向、姿态的标签,因其读写范围广、无盲点的特性,具有实际的应用价值。2.设计了一款UHF频段的低功耗半有源RFID标签模型。UHF频段的半有源标签分为两层:天线层和电路层。在有源天线底部加入唤醒电路,使标签接收到UHF频段信号时便从静默状态进入激活状态,同时加入放大电路对接收到的信号进行100倍的信号放大,放大后的信号被耦合至无源标签天线,最终实现了标签两种不同的工作状态。标签天线层经过了小型化处理,其尺寸缩小到40mm×33mm。此款半有源标签较无源标签有更强的读写信号,较有源标签有更低的功率损耗,更长的使用寿命,最终标签激活状态下的识别距离达到了1.8m,进一步实现了远读距、低功耗的实用价值。3.设计了一款基于无芯片RFID的湿度传感器模型。本文基于雷达散射截面（Radar Cross Section,RCS）和频率选择表面（Frequency Selective Surface,FSS）的原理,解读了时域信号、频域信号以及群时延之间的关系特性,该湿度传感器模型的频段在1-5GHz之间,其结构是相互嵌套的环型贴片,通过提取传感器模型的群时延特征曲线并对其编码,且对湿度感应机理进行了模拟仿真,结果发现代表湿度特征的参数发生变化,传感单元对应的谐振频率也随之发生变化,验证了基于无芯片RFID的湿度传感器的可行性。此种无芯片RFID湿度传感器具有低成本、结构简单、不易受环境干扰等特性,在将来的传感器市场拥有一定潜力。
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