随着无线通信的不断发展,射频识别技术(Radio Frequency Identification,简称RFID)得到了广泛的应用,实现方式各异的射频识别系统进入各种具体的应用场合。目前,各种矿难事故的频繁发生,给人民的生命和财产安全构成巨大的威胁。因此,研究用于矿井下的新型RFID系统,对于正确记录井下矿工人数,保障矿工生命安全和指导各项营救措施的进行具有极其重要的意义。这使得作为RFID系统关键部件的天线设计和研究变得非常重要和迫切。实际上,RFID天线技术的发展对RFID技术的成熟和广泛应用具有理论意义和实用价值。本文首先简要地介绍了RFID技术的相关知识,说明了RFID系统的工作原理和研究热点,并对RFID系统天线的技术指标以及研究状况进行了分析和讨论。然后以矿井人员定位系统为应用背景,根据井下环境以及系统的工作特点,选择合适的分形结构对标签天线和阅读器天线进行了仿真、优化、设计制作以及性能测试等工作。作者的主要工作包括以下几个方面:(1)根据电磁波在矿井巷道传播的衰减特性以及设备具有防爆性等要求的分析与研究,确定了2.4GHz作为系统的频率。(2)设计了一款结构紧凑、体积小、性能稳定的分形标签天线。首先,给出了射频模块以及其匹配网络电路的设计,提出了标签天线的设计要求。然后,通过对印刷倒F单极天线以及印刷Hilbert分形单极天线的仿真研究,确定了标签天线的结构。最后对Hilbert分形倒F单极天线进行仿真与优化设计。(3)在阅读器天线设计方面,首先提出了设计要求,然后给出了一种改进的分形结构,分别采用同轴馈电和缝隙电磁耦合馈电对分形天线进行仿真与优化设计,发现后者更适合矿井人员定位系统对RFID天线带宽的要求。(4)针对前面所设计的标签天线和阅读器天线制作出了实验样品,并利用实验室现有的实验条件,对天线谐振特性和增益进行了测试工作,找出误差原因。最后,利用走廊模型来模拟矿井巷道内的传播环境,对所制作的天线进行了简单的实地测量。本文分析并设计的RFID分形标签天线的应用背景虽然是在矿井下,但由于其具有结构紧凑、体积小、性能稳定等特性,而且成本低,同样适合用于需要大批量标签的应用场合,如集装箱、无停留收费系统等。