UHF-RFID系統(tǒng)天線國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上UHF RFID系統(tǒng)天線國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀XXX 2011-7-311. 研究意義射頻識別（RFID，Radio Frequency Identification）技術(shù)是一種自動識別技術(shù)，它是利用無線射頻信號，通過讀寫器（Reader）、天線和安裝在載體上的標(biāo)簽（Tag），形成RFID系統(tǒng)，實現(xiàn)對載體的非接觸的識別和數(shù)據(jù)信息交換1。RFID技術(shù)具有很多優(yōu)勢1：可以定向或不定向的遠距離讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)；無需對識別目標(biāo)可見；可識別高速物體；可工作于惡劣環(huán)境等2-5。RFID技術(shù)已被廣泛運用于工業(yè)制造、商業(yè)和交通管理、身份識別以及防偽和軍事安全等眾多領(lǐng)域。例如，在國外，世界零售商

2、巨頭沃爾瑪百貨公司宣布，到2005年底截止，所有供應(yīng)沃爾瑪百貨的商品包裝箱上，都要有應(yīng)用RFID技術(shù)的電子商品條形碼，沃爾瑪百貨預(yù)期能用新技術(shù)進一步降低成本，尤其是減少與庫存流程相關(guān)的物流失控并降低人力成本；今年03月，一套RFID郵政系統(tǒng)在韓國成功的完成了測試，使郵件投遞整個過程完全自動化，從接受郵件到分類到配送，IDTechEx公司估計，RFID系統(tǒng)包括標(biāo)簽的全球市場到2018年將達到25億美元。在國內(nèi)，北京首都機場新航站樓已經(jīng)建設(shè)了世界上最先進的基于RFID技術(shù)的行李傳輸系統(tǒng)，旅客的信息和行李的目的地信息會在毫秒間預(yù)寫入標(biāo)簽中；京津城際列車已經(jīng)實現(xiàn)公交化運營，旅客使用基于RFID的射頻卡

3、(快卡通)實現(xiàn)直接刷卡上車隨到隨走；在已經(jīng)成功舉行的北京奧運會和上海世博會中也大規(guī)模應(yīng)用了RFID技術(shù)；重慶不停車收費系統(tǒng)已于2010年05月試行，車輛的通行量增加近四倍6。RFID技術(shù)最終將在全球形成一個巨大的產(chǎn)業(yè)，值得各個領(lǐng)域加以關(guān)注，RFID技術(shù)被譽為21世紀(jì)改變?nèi)祟惿畹氖笞钪匾募夹g(shù)之一1。天線是構(gòu)成無線通信系統(tǒng)的空中接口，是影響無線通信系統(tǒng)可靠性等性能的關(guān)鍵因素之一，設(shè)計合適的天線使其滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求是非常重要的。RFID系統(tǒng)中的天線主要由讀寫器天線（Reader Antenna）和標(biāo)簽天線（Tag Antenna）組成。電子標(biāo)簽和讀寫器通過各自的天線構(gòu)建起二者之間非接觸信

4、息傳輸通道。無論是射頻標(biāo)簽還是讀寫器的正常工作，都離不開天線。一方面，無源的射頻標(biāo)簽芯片（Tag Chip）要啟動電路工作需要通過標(biāo)簽天線在讀寫器天線產(chǎn)生的電磁場中獲得足夠的能量；另一方面，天線決定了射頻標(biāo)簽與讀寫器之間的通訊信道和通訊方式。天線在射頻標(biāo)簽與讀寫器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊過程中起到了關(guān)鍵的作用。RFID系統(tǒng)的最大識別距離、識別靈敏度、通信質(zhì)量等重要性能參數(shù)與其天線性能的好壞有著直接的關(guān)系。因此，天線也是RFID系統(tǒng)中關(guān)鍵部件之一，展開對RFID系統(tǒng)天線的研究對推動RFID系統(tǒng)性能的提高及其產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展具有重要意義和實際應(yīng)用價值。作為平板天線的代表，微帶天線自問世以來，以其重量輕、低剖面、

5、易于實現(xiàn)圓極化、易于共形、易于與有源器件和電路集成等一系列優(yōu)點7被廣泛運用于RFID讀寫器天線和標(biāo)簽天線的設(shè)計。但是微帶天線本身是一種諧振結(jié)構(gòu)，故當(dāng)其應(yīng)用于RFID系統(tǒng)時，其結(jié)構(gòu)尺寸通常都比較大，不能滿足小型化的要求。但是一些特殊形式的微帶天線雖然具有較小的物理尺寸，但是其一些主要的電性能指標(biāo)（如增益、帶寬、方向圖等）卻不能達到要求。對于RFID系統(tǒng)，要求其讀寫器天線為圓極化以降低極化損耗，這給讀寫器天線的設(shè)計帶來了更大的挑戰(zhàn)。對于標(biāo)簽天線，需要與標(biāo)簽芯片共軛匹配以實現(xiàn)最大的能量傳輸，但由于標(biāo)簽芯片的低阻抗和高容性電抗產(chǎn)生高Q值而使得其難于與標(biāo)簽天線實現(xiàn)寬帶匹配8。另外，由于標(biāo)簽附著在被標(biāo)識物

6、體上，標(biāo)簽天線會受到所標(biāo)識物體的形狀及物理特性的影響，如標(biāo)簽到貼標(biāo)簽物體的距離、貼標(biāo)簽物體的介電常數(shù)、金屬表面的反射、局部結(jié)構(gòu)對輻射模式的影響等9。尤其是當(dāng)標(biāo)簽靠近或者粘貼在金屬物體時，標(biāo)簽天線的性能會急劇惡化，所以對標(biāo)簽天線的抗金屬性研究具有重要意義。這些因素給標(biāo)簽天線的設(shè)計提出了很高的要求，同時也帶來了巨大的挑戰(zhàn)。不同國家的RFID系統(tǒng)頻率標(biāo)準(zhǔn)都不相同，覆蓋了840MHz960MHz的頻率范圍，目前基本還沒有覆蓋以上頻率范圍的小型化、高性能的讀寫器天線和標(biāo)簽天線。所以要實現(xiàn)兼容全世界頻率標(biāo)準(zhǔn)的小型化、高性能RFID系統(tǒng)天線存在很大的技術(shù)挑戰(zhàn)，具有重要的研究意義。在本項目中，我們將以“小型化

7、”和“高性能”為出發(fā)點，重點研究兼容全世界頻率標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用于RFID系統(tǒng)的閱讀器天線和標(biāo)簽天線。在注重縮小天線尺寸的同時，保持天線在增益、帶寬、圓極化帶寬等方面的優(yōu)良性能，探尋既突破傳統(tǒng)微帶天線物理制約，又保持優(yōu)良輻射特性的閱讀器天線和標(biāo)簽天線構(gòu)造機理和實現(xiàn)方法。該項目一方面為RFID系統(tǒng)提供實用的小型化、高性能的閱讀器天線和標(biāo)簽天線，另一方面也推動當(dāng)前寬帶小型化天線設(shè)計技術(shù)的快速發(fā)展，因而兼?zhèn)渲匾睦碚撗芯績r值和工程應(yīng)用前景。2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析當(dāng)前的RFID系統(tǒng)主要集中在低頻、高頻（13.56MHz）、超高頻和微波頻段，其中低頻和高頻RFID由于其技術(shù)門檻低，發(fā)展較早，技術(shù)成熟，產(chǎn)品成本

8、低，使得這兩個頻段的產(chǎn)業(yè)得到充分發(fā)展，例如第二代居民身份證、教育部學(xué)生購票優(yōu)惠卡、公交卡等。然而，對于超高頻和微波頻段，由于頻率升高使得射頻前端和天線的研發(fā)產(chǎn)生困難，所以目前超高頻段和微波頻段的RFID技術(shù)還不成熟。所以，本項目主要針對超高頻UHF頻段展開對“小型化”、“高性能”的兼容全世界頻率標(biāo)準(zhǔn)的RFID系統(tǒng)閱讀器天線和標(biāo)簽天線的研究，具有重要的理論研究價值和工程應(yīng)用背景。2.1 閱讀器天線研究現(xiàn)狀分析目前，對RFID天線的研究主要集中在標(biāo)簽天線上，而對讀寫器天線的研究相對較少，對小型化、高性能的讀寫器天線就研究得更少。RFID讀寫器天線多采用具有尺寸小、成本低、易實現(xiàn)圓極化、小型化等優(yōu)點

9、的微帶天線形式。讀寫器天線主要功能是發(fā)射帶有信息的能量給不同位置的標(biāo)簽，并且接收由標(biāo)簽回傳的信息。由于電子標(biāo)簽天線的極化方式是線極化，且電子標(biāo)簽的放置方向具有任意性，所以要求讀寫器天線可以接收任意方向的線極化波，同時讀寫器天線輻射的電磁波能夠被任意方向、任何極化方式的標(biāo)簽天線接收，這就要求閱讀器天線必須產(chǎn)生圓極化輻射。由于全球RFID系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的頻率范圍覆蓋了840MHz960 MHz，帶寬較寬，這給需要輻射圓極化波的讀寫器天線帶來更大的困難。另外，為了適應(yīng)RFID系統(tǒng)的小型化要求，必須縮小閱讀器天線的尺寸，這又帶來了天線小型化與高性能（寬頻帶、高增益等）的矛盾。目前國內(nèi)對UHF頻段的讀寫器天線

10、進行了一定的研究，但是多數(shù)都采用的線極化天線，未考慮讀寫器天線圓極化這一重要特點，而且天線尺寸較大，沒有完全覆蓋840MHz960MHz頻率范圍。例如，李秀萍等人設(shè)計了用于超高頻和微波頻段的雙頻天線，沒有考慮圓極化，尺寸為230mm×155mm×29.2mm10；李書芳等人提供了一種采用雙饋電的、工作在840MHz845MHz和920MHz925MHz頻率范圍的雙頻圓極化天線，尺寸為173mm×173mm×12.9mm11；胡汝剛在文獻12中考慮了天線的圓極化，設(shè)計了一種低成本小型化讀寫器天線，增益為-1dBi時天線尺寸為90mm×90mm&#

11、215;3mm,可應(yīng)用于讀取距離要求不高的手持讀寫器中；房少軍等人通過水平蜿蜒板饋電技術(shù)以及疊層切角平板配置，使得天線圓極化頻帶覆蓋了840MHz960MHz、輸入電壓駐波比小，適合全球任何一個國家或地區(qū)的超高頻RFID系統(tǒng)的應(yīng)用13。國外對UHF RFID閱讀器天線的研究相對較多，基本都考慮了圓極化特性，大多數(shù)都是針對特定國家或地區(qū)的RFID頻率標(biāo)準(zhǔn)進行的設(shè)計和研究。如ShinChul Kim等人針對日本設(shè)計了一種新型垂直地面的UHF頻段RFID讀寫器天線，引入垂直地面后天線的諧振頻率降低了25%，小型化后的天線尺寸為100mm×100mm×13mm14; Nasimud

12、din等人針對韓國設(shè)計了一種對角開槽的UHF頻段讀寫器天線，天線尺寸為90mm×90mm×4.8mm15。對于寬帶RFID閱讀器天線，國外有一定的研究，但是其尺寸都相對較大。如文獻16中，陳志寧（Zhi Ning Chen）等研究了一種由兩個堆疊切角貼片和有連接開路終端的懸浮微帶線組成的閱讀器天線，該天線圓極化帶寬覆蓋了全球RFID通用頻段，增益高于8dBi，性能較好，其尺寸為250mm×250mm×35mm；Dongmin Shin等人采用Wilkinson功分器作為饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計了工作于840MHz960MHz和2.35GHz2.55GHz的雙頻讀寫器

13、天線，其尺寸為200mm×200mm×20mm17。由此可見，國內(nèi)對于兼容全世界UHF頻段的RFID讀寫器天線研究較少，幾乎沒有考慮讀寫器圓極化的要求，而且尺寸較大；國外對于讀寫器天線的研究較多，也有能夠覆蓋840MHz960MHz的寬帶圓極化讀寫器天線，但是它們的尺寸依然較大。也就是說，目前同時滿足小型化且具有寬帶圓極化特性的“高性能”讀寫器天線的研究還很少，所以本項目展開對小型化、高性能的讀寫器天線研究具有重要的意義和實用價值。2.2 標(biāo)簽天線研究現(xiàn)狀分析標(biāo)簽天線的目標(biāo)是傳輸最大的能量進出標(biāo)簽芯片，這需要仔細地設(shè)計標(biāo)簽天線與標(biāo)簽芯片的阻抗匹配。由于標(biāo)簽芯片的低阻抗和高容

14、性電抗產(chǎn)生高Q值而使得其難于與標(biāo)簽天線實現(xiàn)寬帶匹配，當(dāng)工作頻率增加到超高頻或微波頻段時，天線與標(biāo)簽芯片之間的寬帶匹配問題變得更加嚴(yán)峻。一直以來，天線的開發(fā)基本都是基于50歐姆或75歐姆輸入阻抗。而在RFID系統(tǒng)中，芯片的輸入阻抗可以是任意值，而且是實部很小虛部很大的復(fù)阻抗，標(biāo)簽天線必須與該復(fù)阻抗共軛匹配，所以導(dǎo)致標(biāo)簽天線的測試也存在很大的困難。另外，不同于其它天線，標(biāo)簽天線需要粘貼或者靠近被標(biāo)識的物體上，使得物體對天線的性能有較大的影響。尤其是當(dāng)天線粘貼于金屬表面時，如集裝箱識別、列車識別等，金屬會反射讀寫器發(fā)射的電磁波，可能導(dǎo)致對標(biāo)簽內(nèi)的信息讀取失敗，所以對標(biāo)簽天線的抗金屬性研究非常重要。所

15、以，小尺寸、寬頻帶、抗金屬等要求對標(biāo)簽天線的設(shè)計帶來極大的挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)已經(jīng)對超高頻RFID標(biāo)簽天線進行了大量的研究，但多數(shù)都以偶極子天線為原型，通過彎折處理來縮小天線尺寸。王琪等研究了對于天線高度和和寬度有尺寸限定的情況通過改變彎折角、彎折次數(shù)以及彎折深度是降低天線諧振頻率從而實現(xiàn)天線小型化行之有效的途徑，彎折偶極子天線與半波偶極子相比具有更好的尺寸縮減性18,19。但是采用偶極子天線為原型的標(biāo)簽天線，由于沒有接地板，幾乎不具有抗金屬能力。所以對于抗金屬的標(biāo)簽天線必須具有接地板，以減小地板對標(biāo)簽天線性能的影響。目前國內(nèi)對抗金屬的標(biāo)簽天線已經(jīng)有了一定的研究，如文獻20中，莫凌飛等人采用嵌入開路

16、枝節(jié)的微帶天線實現(xiàn)了工作頻率為900MHz940MHz的抗金屬標(biāo)簽天線，其尺寸為105mm×21mm×3mm；胡斌杰等人采用鐵氧體磁性材料為介質(zhì)基板，利用鐵氧體材料吸收電磁波的能力強，反射、折射、透射都很小的特點，減少金屬板對入射波的反射，使其具有抗金屬特性，能夠工作于860MHz960MHZ頻率范圍21。雖然這些天線都具有抗金屬特性，但是其尺寸都比較大，剖面較高，同時覆蓋840MHz960MHZ的寬帶小型化標(biāo)簽天線仍然很少見。國外對UHF RFID標(biāo)簽天線也進行了大量的研究，尤其是對小型化的偶極子天線研究相對較成熟2224。文獻22中采用彎折偶極子天線的形式設(shè)計了尺寸僅有

17、30mm×30mm×1.6mm的UHF RFID標(biāo)簽天線。但這些天線都存在帶寬小、增益低、不具有抗金屬特性的缺點。對于抗金屬的標(biāo)簽天線國外也進行了大量的研究，如文獻25中，Byunggil Yu等人采用電感耦合饋電的微帶天線形式實現(xiàn)了工作于北美(902MHz928MHz)頻段的抗金屬標(biāo)簽天線；Hae-Won Son等人采用耦合饋電的微帶天線形式實現(xiàn)了帶寬為49MHz的抗金屬標(biāo)簽天線26；Horng-Dean Chen等人在文獻27中采用彎折的微帶線形式實現(xiàn)了覆蓋840MHz960MHz的寬帶抗金屬UHF RFID標(biāo)簽天線，天線尺寸為100mm×50mm×

18、0.8mm。由此可見，國外對UHF RFID標(biāo)簽天線的研究較多，已經(jīng)有一些實用的抗金屬標(biāo)簽天線，但是其尺寸比較大，能夠覆蓋全球RFID頻率標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽天線還相對較少，對于克服小型化、寬頻帶、抗金屬等特性的關(guān)鍵技術(shù)仍有待研究和解決。由此可見，目前國內(nèi)外對UHF RFID標(biāo)簽天線都進行了大量研究，但是能夠同時兼容全球RFID頻率標(biāo)準(zhǔn)的具有小型化、寬頻帶、抗金屬等特性的“高性能”標(biāo)簽天線仍然相對較少，其中還有很多亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)。本項目主要結(jié)合標(biāo)簽天線的研究現(xiàn)狀，以“小型化”和“高性能”為目標(biāo)，試圖解決標(biāo)簽天線的小型化、寬頻帶、抗金屬等關(guān)鍵技術(shù)，具有重要的研究意義和科學(xué)價值。3. 專利詳細分析3.1

19、 國內(nèi)專利情況分析通過查閱中國知網(wǎng)中的中國專利數(shù)據(jù)庫可知，以“RFID/射頻識別+讀寫器天線”為關(guān)鍵詞檢索到讀寫器天線的相關(guān)專利共12項。根據(jù)專利數(shù)量可知，研究RFID閱讀器天線的機構(gòu)主要是高校，如西北工業(yè)大學(xué)、大連海事大學(xué)、北京郵電大學(xué)。他們對閱讀器天線的研究考慮其圓極化特性較少，大都考慮的線極化情況。文獻13中房少軍等人通過水平蜿蜒板饋電技術(shù)以及疊層切角平板配置，使得天線圓極化頻帶覆蓋了840MHz960MHz、輸入電壓駐波比小，適合全球任何一個國家或地區(qū)的超高頻RFID系統(tǒng)的應(yīng)用，但是其尺寸相對較大，不利于小型化應(yīng)用。以“RFID/射頻識別+標(biāo)簽天線”為關(guān)鍵詞檢索到標(biāo)簽天線的相關(guān)專利共6

20、9項。根據(jù)專利數(shù)量可知，研究RFID標(biāo)簽天線的機構(gòu)主要是高校和企業(yè)，如華南理工大學(xué)、北京郵電大學(xué)、嘉興佳利電子股份有限公司等。他們對標(biāo)簽天線的研究主要在于小型化和寬帶特性，對標(biāo)簽天線的抗金屬特性研究較少。文獻21中設(shè)計一款抗金屬的寬帶標(biāo)簽天線，但是其尺寸較大。國內(nèi)對于UHF RFID閱讀器天線的研究相對較少，多數(shù)只考慮了線極化而沒有考慮圓極化特性，而且天線尺寸較大，能夠同時兼容全球RFID頻率標(biāo)準(zhǔn)的閱讀器天線較少。對于UHF RFID標(biāo)簽天線國內(nèi)有了一定的研究，但能同時兼顧小型化、寬頻帶、抗金屬特性的高性能標(biāo)簽天線較少。3.2 國外專利情況分析通過查詢中國知網(wǎng)的國外專利數(shù)據(jù)庫可知，以“RFID

21、+Reader antenna”為關(guān)鍵詞檢索到讀寫器的相關(guān)專利共76項。國外對UHF RFID讀寫器天線的研究基本都考慮了圓極化特性1417，并以微帶天線的形式為主，文獻28中采用微帶天線的形式設(shè)計了一種UHF讀寫器天線，但是其尺寸較大，而且沒有覆蓋840MHz960MHz的頻率范圍。國外對于UHF讀寫器天線已經(jīng)進行了大量研究，但是能夠覆蓋全球UHF RFID頻率標(biāo)準(zhǔn)的小型化天線仍然較少，對于小型化、寬圓極化帶寬、高增益的“高性能”讀寫器天線仍然有許多關(guān)鍵技術(shù)有待研究。以“RFID+tag antenna”為關(guān)鍵詞檢索到標(biāo)簽天線的相關(guān)專利共234項，其中大部分是針對某一頻率范圍設(shè)計的，沒有覆蓋

22、840MHz960MHz的頻率范圍，而且尺寸較大。如文獻30采用三角形偶極子天線形式設(shè)計了一種小型化標(biāo)簽天線，但是不具有抗金屬性。國外對于抗金屬的標(biāo)簽天線專利還比較少，如文獻31設(shè)計了一種至少具有兩個調(diào)諧枝節(jié)的抗金屬標(biāo)簽天線，通過改變調(diào)諧枝節(jié)的數(shù)量進行調(diào)諧。雖然國外具有抗金屬特性的標(biāo)簽天線數(shù)量相對較少，但是相關(guān)的學(xué)術(shù)論文卻較多2527,3234。但是能夠完全覆蓋840MHz960MHz的頻率范圍的小型化、寬頻帶、抗金屬的標(biāo)簽天線仍然較少。綜上所述，目前國內(nèi)外都對UHF RFID讀寫器天線和標(biāo)簽天線進行一定的研究，但總的來說國內(nèi)的水平較國外還有一定的差距。從國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀可知，能夠同時兼容84

23、0MHz960MHz頻率范圍的具有小型化、高性能的閱讀器天線和具有小型化、寬頻帶、抗金屬特性的標(biāo)簽天線仍然較少，其中仍有很多關(guān)鍵技術(shù)有待研究，如寬帶圓極化讀寫器天線、小型化高增益讀寫器天線、小型化標(biāo)簽天線、 標(biāo)簽天線與標(biāo)簽芯片寬帶匹配技術(shù)、抗金屬標(biāo)簽天線等。所以，本項目針對目前國內(nèi)外對UHF RFID閱讀器天線和標(biāo)簽天線的研究現(xiàn)狀，以“小型化”、“高性能”為目標(biāo)，研究能夠同時兼容全球UHF RFID頻段的閱讀器天線和標(biāo)簽天線，試圖解決讀寫器天線小型化、圓極化、高增益以及標(biāo)簽天線小型化、寬頻帶、抗金屬等關(guān)鍵技術(shù)。本項目的開展對于UHF RFID技術(shù)從理論到實用化的發(fā)展有重要的推動作用，同時能夠為

24、天線的小型化、寬頻帶、圓極化、高增益等技術(shù)提供新思路，因而兼?zhèn)渲匾睦碚撗芯績r值和工程應(yīng)用前景。4. 研究內(nèi)容及擬解決的技術(shù)難點本項目緊密圍繞UHF RFID系統(tǒng)天線這一中心任務(wù)，以“小型化”和“高性能”為目標(biāo)，研究能夠同時兼容全世界UHF RFID頻率標(biāo)準(zhǔn)的讀寫器天線和標(biāo)簽天線，通過三維電磁仿真軟件HFSS或CST與優(yōu)化算法進行協(xié)同設(shè)計，完成UHF RFID讀寫器天線和標(biāo)簽天線的仿真設(shè)計和實驗驗證，并最終利用該閱讀器天線和標(biāo)簽天線構(gòu)建一套完善的、可靠的UHF RFID實驗系統(tǒng)。4.1 小型化高性能UHF RFID讀寫器天線隨著電路集成化程度的不斷提高，以及全世界不同地區(qū)的頻率標(biāo)準(zhǔn)各不相同，使

25、得UHF RFID系統(tǒng)，尤其是對應(yīng)用于其終端的天線提出了小型化、寬頻帶或多頻段的要求。由于電子標(biāo)簽的擺放位置任意，所以需要讀寫器天線具有圓極化特性，同時為了增加對標(biāo)簽的識別距離，必須盡可能增大閱讀器和標(biāo)簽天線的增益。因此，本項目的首要任務(wù)是研究小型化、圓極化帶寬較寬、增益高的高性能讀寫器天線。擬解決的技術(shù)難點： 小型化與寬帶阻抗匹配的矛盾當(dāng)天線尺寸縮小時，必然導(dǎo)致其帶寬較小，也就是說，天線的小型化和寬頻帶本來就是兩個相互矛盾的指標(biāo)。而全球通用的UHF RFID頻率標(biāo)準(zhǔn)要求覆蓋840MHz960MHz，頻帶較寬，而且頻率較低，要實現(xiàn)寬帶小型化較難，這是本研究的技術(shù)難點之一。 小型化、寬頻帶特性與

26、輻射特性的兼顧天線作為一種輻射器件，除了考慮其傳輸特性外，更要考慮其輻射指標(biāo)。一般情況下，天線在尺寸減小的同時會伴隨著帶寬變窄、效率降低、方向圖畸變等性能的惡化，為了保證天線在尺寸減小、帶寬拓展的同時保持良好的輻射特性，我們將充分的考慮天線的輻射特性，分析天線的等效輻射源，保證天線在實現(xiàn)小型化和寬頻帶后具有有效輻射源，以提高UHF RFID系統(tǒng)的識別距離和識別靈敏度，這也是本研究的技術(shù)難點之一。 寬帶圓極化特性寬帶圓極化與寬帶阻抗匹配不同。寬帶阻抗匹配是指天線輸入端口的傳輸特性，阻抗匹配越好，則帶寬越大；寬帶圓極化是指天線的輻射特性，天線輻射出電場矢量末端的軌跡在垂直于傳播方向的平面上投影是一

27、個圓，圓極化波的關(guān)鍵是產(chǎn)生兩個方向正交、幅度相等、相位相差90°的線極化波。然而，采用單饋電點的天線的圓極化帶寬非常窄，必須采用特殊的饋電結(jié)構(gòu)，如雙饋點饋電、多饋點饋電和口徑耦合饋電等方法，這也是本研究的技術(shù)難點之一。4.2 小型化高性能UHF RFID標(biāo)簽天線與讀寫器天線相似，UHF RFID標(biāo)簽天線也需要實現(xiàn)小型化和寬頻帶，以滿足通信系統(tǒng)的小型化和不同地區(qū)UHF RFID多頻率標(biāo)準(zhǔn)的要求。另外，標(biāo)簽天線與讀寫器天線不同，它需要粘貼在或者靠近被標(biāo)識的物體上，物體對標(biāo)簽天線的工作頻率、帶寬及增益等性能產(chǎn)生影響，尤其是當(dāng)標(biāo)簽標(biāo)識金屬物體時，金屬物體對天線的性能影響最大35，所以要求標(biāo)簽

28、天線具有抗金屬特性。所以，本項目的另一個重要任務(wù)是要實現(xiàn)具有小型化、寬頻帶、高增益、抗金屬等特性的高性能UHF RFID標(biāo)簽天線。擬解決的技術(shù)難點： 標(biāo)簽芯片與小型化標(biāo)簽天線寬帶匹配問題出于低成本、小型化和簡化標(biāo)簽結(jié)構(gòu)的需要，標(biāo)簽芯片與標(biāo)簽天線一般是直接連接，其間沒有任何匹配電路。這就要求天線的阻抗設(shè)計要與芯片阻抗共軛匹配，以實現(xiàn)最大功率傳輸，增大UHF RFID系統(tǒng)的識別距離和識別靈敏度。而芯片的阻抗與傳統(tǒng)的50不同，典型值一般是實部較?。?040），而虛部較大（-400-100）的高Q復(fù)阻抗。要在標(biāo)簽天線小型化的情況下，匹配這樣一個高Q復(fù)阻抗，會使天線的帶寬變窄，因此寬帶RFID標(biāo)簽天線成

29、為當(dāng)前研究的熱點和難點。 抗金屬特性超高頻波段的射頻對環(huán)境比較敏感，尤其是金屬，導(dǎo)致目前該工作頻率下的被動標(biāo)簽無法在具有金屬表面的物體上工作，而射頻識別應(yīng)用最為廣泛的物流行業(yè)多為金屬環(huán)境，所以標(biāo)簽天線必須具有抗金屬特性。目前，國內(nèi)外對抗金屬的標(biāo)簽天線已經(jīng)進行了大量研究，但是具有小型化、寬頻帶特性的抗金屬標(biāo)簽天線還很少，對于抗金屬特性的研究存在很大的挑戰(zhàn)。 標(biāo)簽天線輸入阻抗準(zhǔn)確測量標(biāo)簽天線一般都屬于平衡饋電形式，而且其輸入阻抗不是50，所以采用常規(guī)的同軸電纜饋電和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀無法準(zhǔn)確測試標(biāo)簽天線的輸入阻抗，所以標(biāo)簽天線的輸入阻抗的準(zhǔn)確測量也是一個重要難題36。由于現(xiàn)有技術(shù)的待測標(biāo)簽天線端口阻抗

30、非50，測試過程中待測電子標(biāo)簽端口不能通過同軸電纜與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀直接連接。由于待測電子標(biāo)簽端口為平衡饋電方式，而同軸電纜為非平衡饋電方式，要精確測試待測標(biāo)簽天線輸入阻抗參數(shù)必須借助于平衡/不平衡轉(zhuǎn)換處理，即巴倫。另外，待測標(biāo)簽天線的端口一般工作頻率下設(shè)置為復(fù)阻抗，與同軸電纜存在阻抗失配，嚴(yán)重影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以，設(shè)計一套準(zhǔn)確測試標(biāo)簽天線輸入阻抗的裝置也是本項目的一個研究重點和難點。參考文獻：1 Klaus Finkenzeller，陳大才編譯.射頻識別(RFID)技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，20012 Zang Li，Chao-Hsien Chu，Wen Yao.SIP-RLTS. A

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