【摘 要】
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随着超高频(Ultra-high Frequency,UHF)近场射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术在物流管理、图书管理、超市等场景的迫切应用需求,采用磁耦合原理的近场天线
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随着超高频(Ultra-high Frequency,UHF)近场射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术在物流管理、图书管理、超市等场景的迫切应用需求,采用磁耦合原理的近场天线由于良好的抗液体目标干扰和避免串读的能力得到广泛的关注。但是如何使设计的磁耦合近场天线具有较强的磁场和均匀的磁场分布一直是一个难点。本文从理论出发,对天线的磁耦合原理进行了推导,并在此基础上研究了大范围磁场强度均匀的磁耦合近场天线和双层结构的磁耦合近场天线。本文的主要内容及成果如下:第一部分,从电磁场的基本理论出发,对近场天线的磁耦合原理建立了磁耦合理论模型,并用Matlab软件对建立的磁耦合理论模型进行理论分析,得出当两条平行金属导线上的电流等幅反相时,其中间产生的磁场较强且分布均匀的结论。最后利用HFSS电磁仿真软件对该理论模型进行了参数分析并验证了理论的正确性。第二部分,利用第一部分的磁耦合原理,对偶极子天线进行组阵,设计了一款大范围磁场强度均匀的UHF频段RFID近场天线。该天线采用了两级不等功分馈电网络使设计的天线在读写区域内具有较强的磁场和较均匀的磁场分布。天线采用双面平行带状线(Double-Sided Parallel-Strip Line,DSPSL)作为传输线,使天线具有较大的阻抗带宽。实测发现天线的阻抗带宽达244MHz(750MHz-994MHz),有效读写区域为460mm×161mm。当馈电端口功率为25dBm时,天线对标签的100%读写距离为70mm,最远读写距离为100mm。第三部分,针对上一部分中双面辐射天线环境稳定性差的问题,采用双层结构设计了一款单面辐射的磁耦合微带近场天线,该天线具有良好的环境稳定性。天线通过增加与地面相连的耦合单元解决了原本天线磁场相互抵消的问题,同时天线的辐射单元满足磁耦合原理,使天线产生的磁场在读写区域内叠加。同时天线采用单面辐射的微带线结构,因此具有更好的环境稳定性。经过实际测量,天线的阻抗带为14MHz(910.5MHz-924.5MHz),有效读写区域为64mm×56mm。当馈电端口功率为25dBm时,天线对标签的100%读写距离为40mm,最远读写距离为50mm。
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