【摘 要】
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天线作为射频识别系统的关键部件之一,根据作用距离的不同可分为近场天线和远场天线。近场系统中,标签和读写器之间通过磁场或电场耦合工作;由于磁耦合在液体和金属环境中有更高的稳定性,在实际应用中更受青睐。远场天线辐射能力强、作用范围大,广泛应用在物流、仓储等固定和手持式的阅读器中。本文以超高频射频识别系统应用为背景,从磁耦合近场均匀天线、手持机高定向增益远场天线、近远场复用天线三个方面进行研究。本文的主
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天线作为射频识别系统的关键部件之一,根据作用距离的不同可分为近场天线和远场天线。近场系统中,标签和读写器之间通过磁场或电场耦合工作;由于磁耦合在液体和金属环境中有更高的稳定性,在实际应用中更受青睐。远场天线辐射能力强、作用范围大,广泛应用在物流、仓储等固定和手持式的阅读器中。本文以超高频射频识别系统应用为背景,从磁耦合近场均匀天线、手持机高定向增益远场天线、近远场复用天线三个方面进行研究。本文的主要研究工作和贡献有:1、为满足超高频射频识别阅读器近场天线对宽频带内均匀场分布的需求,将同相电流环和反相电流对两种技术结合,提出了一种中心馈电的近场均匀多环天线。通过四个双面带线馈电的弯曲四元印刷对数周期偶极子天线组成圆环阵列,易于获得宽频带阻抗匹配,并有效改善圆形区域均匀磁场分布。测试结果表明在799～971 MHz频率范围内|S11|＜-10 dB,覆盖全球通用超高频射频识别频段。当输入功率为30 dBm,在天线上方20 cm×20 cm×15 cm内实现对标签100%的读取,最大的可读取距离为22 cm。该天线结构简单,设计灵活,可通过增加对数周期天线个数增大识别区域;通过调整弯曲的偶极子单元个数,改善识别区域的均匀场分布。2、基于Moxon天线高前后比和小型化的优点,结合蝶形偶极子天线宽带的工作特性以及准八木天线的高定向性,设计了两款用于射频识别手持读写器的远场复合天线。将Moxon天线与蝶形偶极子天线结合,设计了一款小型化宽带高定向天线,实测结果表明在865～1054 MHz频带范围内天线的反射系数小于-10 dB;并且在902～928 MHz频率范围内,前后比大于15 dB,增益高于5 dBi。该天线体积小、成本低、易调谐,方便制造加工,应用前景广阔。将Moxon天线和准八木天线结合,设计了一款小型化双频平面复合天线。Moxon天线被设计在较低的频段进行工作,准八木天线则被设计在较高的工作频段。实测结果表明该天线在超高频902～928 MHz和开放的工业科学医疗频段2.4～2.4835 GHz内有优于5 dBi的中等增益和大于15 dB的前后比。该天线结构简单,易于制造,在阻抗匹配和辐射模式方面具有优异的性能。可以很轻松地调整到其他需要定向辐射和双波段操作的无线应用中。3、设计了一种用于射频识别应用的近远场复合天线,天线基于阿基米德螺旋天线结构,在2.45 GHz时人工磁导体反射结构反射相位为0,以此来降低天线的高度并实现远场辐射的能力。在螺旋臂末端加载100Ω接地电阻,工作在低频段时天线电流呈行波分布,因而近区有良好的磁场分布特性。对天线进行了加工和测试,在840～960 MHz内为近场工作模式,频段内的增益小于-2.5 dBic;当输入功率为30 dBm时,在天线上方20 cm×20 cm×5 cm内实现对标签100%的读取,最大可读取距离为11 cm。在2.4～2.4835 GHz内为远场工作模式,整个频段内|S11|＜-10 dB,轴比小于3 dB,增益大于7 dBic。该天线原理简单,性能优异,能够很好得应用在远场系统中。
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