摘 要作为一项新兴的自动识别技术，无线射频识别技术(RFID)被喻为21世纪最具革命性意义的无线通信技术之一。它基于射频信号的空间耦合原理和电磁场的传输特性，通过无线信号进行双向通信，自动识别目标物体并提取相关信息。无线射频识别技术系统分为低频、高频、超高频、微波等四个工作频段。目前最被看好的超高频段是未来商用市场规模最大的频段，也是技术上最难实现的频段。无线射频系统又可分为有源系统、无源系统和半有源系统，本文主要关注的是超高频无源RFID电子应答器技术中天线的研究。在超高频段的无源RFID应答器的设计中，天线的设计是重中之重。天线的种类有很多，本文针对负载弯曲型天线进行相应的研究和设计并给出仿真内容和结果。天线设计采用了HFSS 软件进行仿真，并利用测试平台对天线进行了性能测试，在与芯片的Bonding测试后，结果显示天线的方向性、增益、阻抗以及带宽均满足设计要求，进一步优化则可以满足实际应用的要求。关键词： 射频识别； 应答器；负载弯曲型天线； 射频匹配网络； 超高频ABSTRACTEmerging as an automatic identification technology, radio frequency identification technology (RFID) has been hailed as the 21st centurys most revolutionary technologies of wireless communications. It is based on the spatial coupling of RF signals in electromagnetic field theory and the transmission characteristics of wireless signals through two-way communication, automatic identification and extraction of relevant information objects. Radio frequency identification technology system is divided into low-frequency, high frequency, ultrahigh frequency, microwave frequency band four. At present, the most optimistic about the future of ultra-high frequency band is the largest commercial market band, but also the technically band is the most difficult to achieve. Radio frequency systems can be divided into active systems, passive and semi-active system, the main concern of this article is passive UHF RFID transponder technology electronic antenna research. In ultra-high frequency passive RFID transponder design, antenna design is the most important. There are many types of antennas, the paper against the bending load for the corresponding antenna research and design and the content and the results of the simulation. Antenna design using the HFSS software simulation and testing platform for use on the antenna performance testing, with the chip Bonding test results showed that the directional antenna gain, impedance and bandwidth to meet the design requirements are to further optimize it to meet the practical applications.Key words： radio frequency identification; transponder; Bending load antenna; RF matching networks ; UHF目 录第一章 绪 论11.1 RFID技术简介11.2 RFID技术的发展过程及现状21.3 RFID技术的现行标准51.4 RFID应答器的分类61.5 RFID的系统组成81.5.1 阅读器81.5.2 应答器91.6 RFID的工作原理101.6.1 UHF以及微波频段阅读器工作原理101.6.2 UHF以及微波频段应答器工作原理111.7 RFID技术的发展方向11第二章 RFID天线142.1 天线场区和对应天线研究142.1.1 天线的近场区152.1.2 天线的远场区162.1.3 偶极子天线182.1.4 微带天线202.2 天线的基本分析理论242.3 天线的性能参数25第三章 HFSS简介313.1 HFSS概述313.2 HFSS的设计功能323.3 HFSS V12.1333.4 小结34第四章 具有直条带加载的弯折型天线研究与设计354.1天线设计354.2仿真结果434.3 小结47结 论48参考文献49附 录51谢 辞64天津工业大学本科毕业论文第一章 绪论第一章 绪 论1.1 RFID技术简介无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，简称RFID）是从二十世纪末迅速崛起的一项通过无线射频信号进行非接触式双向数据通信的自动识别技术。它利用射频信号收发的空间耦合原理和无线传输特性自动识别静止或移动的目标对象并获取相关信息数据的无线通信技术。目前常用的自动识别技术中，条码和磁卡的成本较低，但是都容易磨损，且数据量很小不能改写；接触式IC卡的价格稍高，数据存储量较大，安全性相对较好，但是也容易磨损，寿命短。与以上几种技术相比，RFID技术具有以下几点非常明显的优势：1 免接触式操作：RFID通过无线通信方式工作，无需直接接触，无机械磨损，使用寿命长，工作时直接读取信息至后台数据库内，精度高，应用便利，操作方便快捷，无需人工干预即可完成信息的输入和处理。非接触识别是RFID系统最大的特点。2 容易小型化和多样化：RFID在读取数据时并不受尺寸大小与形状的限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。因此，RFID应答器更可小型化与多样化。3 适应环境能力强：条码和磁卡一旦弄脏就读取不到信息，而RFID在黑暗和脏污等恶劣环境之中也可以正常读取数据。RFID工作时无需可见光源，对水、油和药品等物质也有强力的抗污性。4 数据可读写重复使用：RFID应答器携带的信息为电子数据，读取数据的同时可以将信息写入电子标签。应答器携带的信息也可以反复被擦写，因此可以回收重复使用。例如被动式RFID不需要电池就可以正常工作，根本没有维护保养的需要，可以长时间循环使用。5 抗干扰性强，读写距离远：RFID使用的是无线通信模式，即使被纸张、木材和塑料等非透明材质包覆，51也可以进行穿透性通讯。RFID技术还使用了防冲撞技术，可一次处理多个应答器，能够同时识别多个高速运动目标对象，读取距离可达数百米，这也是RFID技术最大的魅力。6 数据的记忆容量大：未来物品所需携带的数据量会愈来愈大，数据容量会随着记忆海量需求的发展而扩大，这对物体所能扩充容量的需求也将增加。对此RFID不会受到限制，只需更换相关数据存储介质的容量既可以方便的实现扩容目标。随着科学技术的进步，RFID技术己涉及到人们日常生活的各个方面，被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、生产，物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等众多需要收集和处理数据的应用领域。1.2 RFID技术的发展过程及现状RFID技术发源于雷达，并由雷达理论演变发展成为RFID这种生机勃勃的AID 新技术。1948年哈里斯托克曼 ( Harry Stockman ) 在美国无线电工程师学会( Institute of Radio Engineers ，现IEEE 的前身 ) 的国际会议中发表了一篇雷达史上具有划时代意义的经典论文 利用反射功率的通讯( Comm unication Means of Reflected Power )，从而奠定了射频识别技术的理论基础。在20世纪中，无线电技术的理论与应用研究是现代科学技术发展最重要的成就之一 RFID技术的发展可按10年期划分如下:1941 - 1950 年:雷达的改进和应用催生了RFID技术，1948年哈里斯托克曼的 利用反射功率的通讯奠定了RFID技术的理论基础。1951 - 1960年: 早期RFID技术的探索阶段，主要是在实验室中的实验研究，军方的巨大需求推动着RFID技术的发展，当时军用的RFID技术设备主要有用于敌我识别的长距离应答器( identification friend or foe )等.1961 -1970 年: RFID技术的理论得到了发展，出现了一大批极具参考价值的重要论文:如Vinding 的Interrogator - responder identification system ，OttoRiteen back 的Communication by radar beams 。当时Sensormatic 和Checkpoint公司开发的电子商品监督系统EAS ( electronic article surveill iance )是RFID技术的第一个商用应用系统，也是目前应用最广泛的RFID商用应用系统。1971 -1980 年:RFID技术与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID技术测试得到加速。瑞典的微波基础研究院和美国的国家实验室中子散射研究中心、 西北大学等研究机构成为RFID关键技术研究的技术先锋。1981 -1990年:射频肖特基二极管的集成化将RFID电子标签的板极电路芯片化，从而推动了单集成芯片RFID电子标签的问世。从此RFID技术及产品进入商业应用阶段，IBM, Single Chip System等公司成为了当时RFID技术的弄潮儿。这个10年当中各种规模应用开始出现，例如世界上首个应用RFID技术的不停车收费系统于1989年在美国达拉斯问世。1991 -2000 年: RFID技术标准化问题日趋得到重视，麻省理工学院和剑桥大学发起成立了的Auto lD中心，作为一个国际性的RFID研究机构提出了产品电子码EPC的概念，并制订了一系列的RFID国际标准。90年代RFID产品得到广泛的采用，RFID产品逐渐成为人们生活中的一部分。