UHFRFID系統(tǒng)天線國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1、UHFRFID系統(tǒng)天線國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀XXX2011-7-311 .研究意義射頻識(shí)別(RFID,RadioFrequencyIdentification)技術(shù)是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它是利用無線射頻信號(hào)，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(shí)現(xiàn)對(duì)載體的非接觸的識(shí)別和數(shù)據(jù)信息交換1。RFID技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)1：可以定向或不定向的遠(yuǎn)距離讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)；無需對(duì)識(shí)別目標(biāo)可見；可識(shí)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(yùn)用于工業(yè)制造、商業(yè)和交通管理、身份識(shí)別以及防偽和軍事安全等眾多領(lǐng)域。例如，在國(guó)外，世界零售商巨頭沃爾瑪百貨公司宣布，到2005

2、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(jìn)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R(shí)FID郵政系統(tǒng)在韓國(guó)成功的完成了測(cè)試，使郵件投遞整個(gè)過程完全自動(dòng)化，從接受郵件到分類到配送，IDTechEx公司估計(jì)，RFID系統(tǒng)包括標(biāo)簽的全球市場(chǎng)到2018年將達(dá)到25億美元。在國(guó)內(nèi)，北京首都機(jī)場(chǎng)新航站樓已經(jīng)建設(shè)了世界上最先進(jìn)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(huì)在毫秒間預(yù)寫入標(biāo)簽中；京津城際列車已經(jīng)實(shí)現(xiàn)公交化運(yùn)營(yíng)，旅客使用基于RFID的射頻卡(快卡通)實(shí)現(xiàn)直接刷卡上車隨到隨走

3、；在已經(jīng)成功舉行的北京奧運(yùn)會(huì)和上海世博會(huì)中也大規(guī)模應(yīng)用了RFID技術(shù)；重慶不停車收費(fèi)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(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，值得各個(gè)領(lǐng)域加以關(guān)注，RFID技術(shù)被譽(yù)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(jì)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(ReaderAntenna)和標(biāo)簽天線(TagAntenna)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息傳輸通道。無論是射頻標(biāo)簽還是讀寫器的

4、正常工作，都離不開天線。一方面，無源的射頻標(biāo)簽芯片(TagChip)要啟動(dòng)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(chǎng)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(shí)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(shí)別距離、識(shí)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(duì)RFID系統(tǒng)天線的研究對(duì)推動(dòng)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(shí)際應(yīng)用價(jià)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、易于實(shí)現(xiàn)圓極化、易于共形、易于與有源器件

5、和電路集成等一系列優(yōu)點(diǎn)7被廣泛運(yùn)用于RFID讀寫器天線和標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)。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(shí)，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(dá)到要求。對(duì)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(jì)帶來了更大的挑戰(zhàn)。對(duì)于標(biāo)簽天線，需要與標(biāo)簽芯片共腕匹配以實(shí)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(shí)現(xiàn)寬帶匹配網(wǎng)。另外，由于標(biāo)簽附著在被標(biāo)識(shí)物體上，標(biāo)簽天線會(huì)受到所標(biāo)識(shí)物體的形狀及物

6、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(duì)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(shí)，標(biāo)簽天線的性能會(huì)急劇惡化，所以對(duì)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(jì)提出了很高的要求，同時(shí)也帶來了巨大的挑戰(zhàn)。不同國(guó)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(shí)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(xiàng)目中，我們將以“小型化”和“高性能”為出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)研究兼容全世

7、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(shí)，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(jī)理和實(shí)現(xiàn)方法。該項(xiàng)目一方面為RFID系統(tǒng)提供實(shí)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(dòng)當(dāng)前寬帶小型化天線設(shè)計(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，因而兼?zhèn)渲匾睦碚撗芯績(jī)r(jià)值和工程應(yīng)用前景。2 .國(guó)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)品成本低，使得這兩個(gè)頻段的產(chǎn)業(yè)得到充分發(fā)展，例

8、如第二代居民身份證、教育部學(xué)生購(gòu)票優(yōu)惠卡、公交卡等。然而，對(duì)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(xiàng)目主要針對(duì)超高頻UHF頻段展開對(duì)“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?jī)r(jià)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(duì)RFID天線的研究主要集中在標(biāo)簽天線上，而對(duì)讀寫器天線的研究相對(duì)較少，對(duì)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(shí)現(xiàn)圓極化、小型化等優(yōu)點(diǎn)的微帶天線形式。讀寫器天線主要功能是發(fā)射

9、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(shí)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840MHz960MHz,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(guó)內(nèi)對(duì)UHF頻段的讀寫器天線進(jìn)行了一定的研究，但是多數(shù)都采用的線極化天

10、線，未考慮讀寫器天線圓極化這一重要特點(diǎn)，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(jì)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230mmx155mmX29.2mm10;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173mmXl73mmx12.9mm11;胡汝剛在文獻(xiàn)12中考慮了天線的圓極化，設(shè)計(jì)了一種低成本小型化讀寫器天線，增益為-1dBi時(shí)天線尺寸為90mmx90mmx3mm,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

11、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(gè)國(guó)家或地區(qū)的超高頻RFID系統(tǒng)的應(yīng)用13。國(guó)外對(duì)UHFRFID閱讀器天線的研究相對(duì)較多，基本都考慮了圓極化特性，大多數(shù)都是針對(duì)特定國(guó)家或地區(qū)的RFID頻率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的設(shè)計(jì)和研究。如ShinChulKim等人針對(duì)日本設(shè)計(jì)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100mmx100mmx13mm14;Nasimuddin等人針對(duì)韓國(guó)設(shè)計(jì)了一種對(duì)角開槽的UHF頻段讀寫器天線，天線尺寸為90mmx90mmX4.8mm15。對(duì)于寬帶RFID閱讀器

12、天線，國(guó)外有一定的研究，但是其尺寸都相對(duì)較大。如文獻(xiàn)16中，陳志寧(ZhiNingChen)等研究了一種由兩個(gè)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250mmx250mmx35mm；DongminShin等人采用Wilkinson功分器作為饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了工作于840MHz960MHz和2.35GHz2.55GHz的雙頻讀寫器天線,其尺寸為200mmX200mmX20mm"。由此可見，國(guó)內(nèi)對(duì)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；

13、國(guó)外對(duì)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(shí)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(xiàng)目展開對(duì)小型化、高性能的讀寫器天線研究具有重要的意義和實(shí)用價(jià)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(jìn)出標(biāo)簽芯片，這需要仔細(xì)地設(shè)計(jì)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性電抗產(chǎn)生高Q值而使得其難于與標(biāo)簽天線實(shí)現(xiàn)寬帶匹配，當(dāng)工作頻率增加到超高頻或微波頻段時(shí)，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

14、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(shí)部很小虛部很大的復(fù)阻抗，標(biāo)簽天線必須與該復(fù)阻抗共腕匹配，所以導(dǎo)致標(biāo)簽天線的測(cè)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(shí)的物體上，使得物體對(duì)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(shí)，如集裝箱識(shí)別、列車識(shí)別等，金屬會(huì)反射讀寫器發(fā)射的電磁波，可能導(dǎo)致對(duì)標(biāo)簽內(nèi)的信息讀取失敗，所以對(duì)標(biāo)簽天線的抗金屬性研究非常重要。所以，小尺寸、寬頻帶、抗金屬等要求對(duì)標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)帶來極大的挑戰(zhàn)。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)對(duì)超高頻RFID標(biāo)簽天線進(jìn)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

15、對(duì)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(shí)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(duì)于抗金屬的標(biāo)簽天線必須具有接地板，以減小地板對(duì)標(biāo)簽天線性能的影響。目前國(guó)內(nèi)對(duì)抗金屬的標(biāo)簽天線已經(jīng)有了一定的研究，如文獻(xiàn)20中，莫凌飛等人采用嵌入開路枝節(jié)的微帶天線實(shí)現(xiàn)了工作頻率為900MHz940MHz的抗金屬標(biāo)簽天線，其尺寸為105mrK21mrK3mm；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(qiáng)，反

16、射、折射、透射都很小的特點(diǎn)，減少金屬板對(duì)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(shí)覆蓋840MHz960MHz的寬帶小型化標(biāo)簽天線仍然很少見。國(guó)外對(duì)UHFRFID標(biāo)簽天線也進(jìn)行了大量的研究，尤其是對(duì)小型化的偶極子天線研究相對(duì)較成熟2224。文獻(xiàn)22中采用彎折偶極子天線的形式設(shè)計(jì)了尺寸僅有30m由30m由1.6mm的UHFRFID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(diǎn)。對(duì)于抗金屬的標(biāo)簽天線國(guó)外也進(jìn)行了大量的研究,如文獻(xiàn)25中，ByunggilYu等人采用電感耦合饋電的

17、微帶天線形式實(shí)現(xiàn)了工作于北美(902MHz928MHz)頻段的抗金屬標(biāo)簽天線；Hae-WonSon等人采用耦合饋電的微帶天線形式實(shí)現(xiàn)了帶寬為49MHz的抗金屬標(biāo)簽天線26;Horng-DeanChen等人在文獻(xiàn)27中采用彎折的微帶線形式實(shí)現(xiàn)了覆蓋840MHz960MHz的寬帶抗金屬UHFRFID標(biāo)簽天線，天線尺寸為100mm<50mm<0.8mm。由此可見，國(guó)外對(duì)UHFRFID標(biāo)簽天線的研究較多，已經(jīng)有一些實(shí)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(duì)較少，對(duì)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(guó)內(nèi)外對(duì)U

18、HFRFID標(biāo)簽天線都進(jìn)行了大量研究，但是能夠同時(shí)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(duì)較少，其中還有很多亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)。本項(xiàng)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(jià)值。3 .專利詳細(xì)分析3.1 國(guó)內(nèi)專利情況分析通過查閱中國(guó)知網(wǎng)中的中國(guó)專利數(shù)據(jù)庫可知，以“RFID/射頻識(shí)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(xiàng)。根據(jù)專利數(shù)量可知，研究RFID閱讀器天線的機(jī)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(duì)閱讀器天

19、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(xiàn)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(gè)國(guó)家或地區(qū)的超高頻RFID系統(tǒng)的應(yīng)用，但是其尺寸相對(duì)較大，不利于小型化應(yīng)用。以“RFID/射頻識(shí)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69項(xiàng)。根據(jù)專利數(shù)量可知，研究RFID標(biāo)簽天線的機(jī)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(duì)標(biāo)簽天線的研究主要在于小型化和寬帶特性，對(duì)標(biāo)簽天線的抗金屬特性研究較少。文獻(xiàn)21中設(shè)計(jì)一款抗金屬的寬帶標(biāo)簽天線，但是其尺寸

20、較大。國(guó)內(nèi)對(duì)于UHFRFID閱讀器天線的研究相對(duì)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(shí)兼容全球RFID頻率標(biāo)準(zhǔn)的閱讀器天線較少。對(duì)于UHFRFID標(biāo)簽天線國(guó)內(nèi)有了一定的研究，但能同時(shí)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(guó)外專利情況分析通過查詢中國(guó)知網(wǎng)的國(guó)外專利數(shù)據(jù)庫可知，以“RFID+Readerantenna為關(guān)鍵詞檢索到讀寫器的相關(guān)專利共76項(xiàng)。國(guó)外對(duì)UHFRFID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(xiàn)28中采用微帶天線的形式設(shè)計(jì)了一種UHF讀寫器天線，但是其尺寸較大，而且沒有覆蓋840MHz9

21、60MHz的頻率范圍。國(guó)外對(duì)于UHF讀寫器天線已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，但是能夠覆蓋全球UHFRFID頻率標(biāo)準(zhǔn)的小型化天線仍然較少，對(duì)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+tagantenna”為關(guān)鍵詞檢索到標(biāo)簽天線的相關(guān)專利共234項(xiàng)，其中大部分是針對(duì)某一頻率范圍設(shè)計(jì)的，沒有覆蓋840MHz960MHz的頻率范圍，而且尺寸較大。如文獻(xiàn)30采用三角形偶極子天線形式設(shè)計(jì)了一種小型化標(biāo)簽天線，但是不具有抗金屬性。國(guó)外對(duì)于抗金屬的標(biāo)簽天線專利還比較少，如文獻(xiàn)31設(shè)計(jì)了一種至少具有兩個(gè)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(jìn)行調(diào)諧。雖然國(guó)外具

22、有抗金屬特性的標(biāo)簽天線數(shù)量相對(duì)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(guó)內(nèi)外都對(duì)UHFRFID讀寫器天線和標(biāo)簽天線進(jìn)行一定的研究，但總的來說國(guó)內(nèi)的水平較國(guó)外還有一定的差距。從國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀可知，能夠同時(shí)兼容840MHz960MHz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(xiàng)目針

23、對(duì)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)UHFRFID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(shí)兼容全球UHFRFID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(xiàng)目的開展對(duì)于UHFRFID技術(shù)從理論到實(shí)用化的發(fā)展有重要的推動(dòng)作用，同時(shí)能夠?yàn)樘炀€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(jī)r(jià)值和工程應(yīng)用前景。4 .研究?jī)?nèi)容及擬解決的技術(shù)難點(diǎn)本項(xiàng)目緊密圍繞UHFRFID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(shí)兼容全世界UHFRFID頻率標(biāo)準(zhǔn)的讀寫器天線和標(biāo)簽天線，

24、通過三維電磁仿真軟件HFSS或CST與優(yōu)化算法進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，完成UHFRFID讀寫器天線和標(biāo)簽天線的仿真設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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UHFRFID實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。4.1 小型化高性能UHFRFID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，使得UHFRFID系統(tǒng)，尤其是對(duì)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(shí)為了增加對(duì)標(biāo)簽的識(shí)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(xiàng)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

25、線。擬解決的技術(shù)難點(diǎn)：小型化與寬帶阻抗匹配的矛盾當(dāng)天線尺寸縮小時(shí)，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(gè)相互矛盾的指標(biāo)。而全球通用的UHFRFID頻率標(biāo)準(zhǔn)要求覆蓋840MHz960MHz,頻帶較寬，而且頻率較低，要實(shí)現(xiàn)寬帶小型化較難，這是本研究的技術(shù)難點(diǎn)之一。小型化、寬頻帶特性與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(shí)會(huì)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(shí)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(shí)現(xiàn)小型化和

26、寬頻帶后具有有效輻射源，以提高UHFRFID系統(tǒng)的識(shí)別距離和識(shí)別靈敏度，這也是本研究的技術(shù)難點(diǎn)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(chǎng)矢量末端的軌跡在垂直于傳播方向的平面上投影是一個(gè)圓，圓極化波的關(guān)鍵是產(chǎn)生兩個(gè)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(diǎn)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(diǎn)饋電、多饋點(diǎn)饋電和口徑耦合饋電等方法，這也是本研究的技術(shù)難點(diǎn)之一。4.2 小型化高性能UHFRFID標(biāo)簽天線與讀寫器天線相似，UHFRFI

27、D標(biāo)簽天線也需要實(shí)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)UHFRFID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(shí)的物體上，物體對(duì)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(shí)金屬物體時(shí)，金屬物體對(duì)天線的性能影響最大35,所以要求標(biāo)簽天線具有抗金屬特性。所以，本項(xiàng)目的另一個(gè)重要任務(wù)是要實(shí)現(xiàn)具有小型化、寬頻帶、高增益、抗金屬等特性的高性能UHFRFID標(biāo)簽天線。擬解決的技術(shù)難點(diǎn)：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(jiǎn)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(jì)要與芯

28、片阻抗共腕匹配，以實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸，增大UHFRFID系統(tǒng)的識(shí)別距離和識(shí)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(shí)部較?。?0。中4。），而虛部較大（-400）-100口）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(gè)高Q復(fù)阻抗，會(huì)使天線的帶寬變窄，因此寬帶RFID標(biāo)簽天線成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)?？菇饘偬匦猿哳l波段的射頻對(duì)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(dòng)標(biāo)簽無法在具有金屬表面的物體上工作，而射頻識(shí)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(guó)內(nèi)外對(duì)抗金屬的標(biāo)簽天線已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，但是具有小型化、寬頻帶特性的抗金屬

29、標(biāo)簽天線還很少，對(duì)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(cè)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口，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(cè)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(cè)量也是一個(gè)重要難題36。由于現(xiàn)有技術(shù)的待測(cè)標(biāo)簽天線端口阻抗非50。，測(cè)試過程中待測(cè)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(cè)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(cè)試待測(cè)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(cè)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(cè)試

30、結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以，設(shè)計(jì)一套準(zhǔn)確測(cè)試標(biāo)簽天線輸入阻抗的裝置也是本項(xiàng)目的一個(gè)研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。參考文獻(xiàn)：1 KlausFinkenzeller,陳大才編譯.射頻識(shí)別(RFID)技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，20012 ZangLi,Chao-HsienChu,WenYao.SIP-RLTS.AnRFIDLocationTrackingSystemBasedonSIP.IEEEInternationalConferenceonRFID2008,pp.73-1823 SungwooAhn,BongheeHong.EfficientQueryProcessingforTracingRFIDTagsbyRe

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