可见光通信—无线射频识别标签中射频发射机的研究与设计

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RFID(Radio Frequency Identification)即射频识别,是一种无线通信技术。RFID最大的优点就是利用非接触的方式,可以从多个目标电子标签以及高速移动的电子标签中获取信息,并可在恶劣的环境中工作。尤其对于无源电子标签,利用其抗干扰能力强、寿命长、容量大、体积小等优点,已广泛应用于物流管理、智能交通、生产制造加工、信息安全以及公共信息服务等行业,提供跟踪、监控、防伪、门禁、身份识别等服务。然而,由于无源电子标签工作时,其能量来自于阅读器辐射的射频信号。因此,当无源RFID系统工作时,阅读器需要发送较大功率的射频信号以激活电子标签工作,这将会产生很强的电磁辐射,对环境造成电磁污染,可能会对人体造成潜在的伤害。针对这个问题。本论文在基于一种新的无源RFID技术的基础上实现了可见光通信-无线射频识别标签中射频发射机的研究与设计。本文主要设计了标签的天线部分和反向散射调制电路。重点研究了天线的基本理论,分析了电磁场的基本原理,并讨论了天线设计之中的一些关键性能参数。对片上天线设计之时,需要考虑的影响因素做了较为详细的分析,并利用等效电路模型以及HFSS软件对片上天线进行了建模设计和优化。其次,我们从阻抗匹配原理的研究出发,结合调制技术原理,对反向散射调制电路以及匹配网络的设计做了详细的阐述。之后对电路以及片上天线的版图设计时需要注意的规则以及问题进行了讨论。最终,本文基于TSMC 0.18μm标准CMOS工艺,完成了可见光通信-无线射频识别标签的流片工作。其中片上天线为一个4圈半边行平面螺旋天线,其线宽为16μm,线间距为5μm。对片上天线以及反向散射调制电路的性能做测试,测试结果显示,在阅读器的射频输出功率为20dBm时,标签可以实现6mm的通信距离。与其他RFID标签相比,该标签可以在同等强度的射频功率下实现更远的通信距离,或者在更低的射频功率下实现较短的距离。从而验证了所提出的可见光通信-无线射频识别技术的可行性。
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