無(wú)源超高頻標(biāo)簽天線(xiàn)工程設(shè)計(jì)案例教程

目錄
第1章緒論1
1.1RFID簡(jiǎn)介1
1.1.1背景和定義1
1.1.2RFID的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)2
1.1.3RFID的組成和特點(diǎn)6
1.1.4RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸原理7
1.1.5RFID的工作原理12
1.1.6UHF的選擇14
1.2超高頻標(biāo)簽的技術(shù)基礎(chǔ)20
1.2.1反向散射技術(shù)簡(jiǎn)介20
1.2.2超高頻頻段系統(tǒng)的工作原理22
1.2.3超高頻標(biāo)簽功率和頻率的限制23
1.2.4超高頻標(biāo)簽的測(cè)試問(wèn)題26
1.3RFID的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)28
1.3.1RFID標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介28
1.3.2ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)29
1.3.3EPC Global標(biāo)準(zhǔn)36
1.4RFID工程實(shí)施說(shuō)明37
1.4.1理論說(shuō)明37
1.4.2方法研究38
1.4.3前期準(zhǔn)備41
第2章天線(xiàn)的理論基礎(chǔ)46
2.1天線(xiàn)的理論發(fā)展概述46
2.2天線(xiàn)的理論基礎(chǔ)47
2.2.1電磁場(chǎng)基本方程47
2.2.2邊界條件49
2.2.3坡印廷定理50
2.2.4麥克斯韋方程的解51
2.2.5電流源輻射52
2.2.6場(chǎng)區(qū)域劃分54
2.2.7理想磁偶極子57
2.2.8對(duì)稱(chēng)振子的輻射場(chǎng)59
2.2.9巴俾涅原理（Babinet Principle）60
2.3偶極子的基本理論62
2.3.1電偶極子的電磁場(chǎng)62
2.3.2電偶極子的方向性因子和方向圖64
2.3.3偶極子天線(xiàn)結(jié)構(gòu)64
2.3.4偶極子天線(xiàn)的電流分布65
2.3.5偶極子天線(xiàn)輻射性能66
2.3.6偶極子天線(xiàn)的輻射功率和輻射電阻67
2.3.7折疊型偶極子69
2.3.8Tmatch結(jié)構(gòu)71
2.4標(biāo)簽天線(xiàn)的主要特性72
2.4.1天線(xiàn)的輻射場(chǎng)72
2.4.2輻射功率和輻射強(qiáng)度73
2.4.3阻抗和輻射效率75
2.4.4輻射方向圖和增益81
2.4.5天線(xiàn)寬度88
2.4.6天線(xiàn)的極化91
2.4.7天線(xiàn)的有效長(zhǎng)度、有效面積和口徑效率96
第3章偶極子標(biāo)簽天線(xiàn)的工程設(shè)計(jì)實(shí)例101
3.1超高頻標(biāo)簽工程設(shè)計(jì)中的基本參數(shù)101
3.1.1天線(xiàn)的方向性和增益101
3.1.2影響超高頻系統(tǒng)的因素104
3.1.3阻抗共軛匹配105
3.1.4偶極子天線(xiàn)設(shè)計(jì)的理論107
3.1.5標(biāo)簽天線(xiàn)的阻抗匹配方法109
3.2超高頻頻段RFID標(biāo)簽天線(xiàn)的工程化設(shè)計(jì)112
3.2.1天線(xiàn)與RFID芯片的阻抗匹配理論112
3.2.2標(biāo)簽天線(xiàn)的RCS分析（雷達(dá)反射截面）116
3.2.3簡(jiǎn)單實(shí)例120
3.2.4標(biāo)簽天線(xiàn)設(shè)計(jì)的前期分析127
3.2.5新型超高頻頻段RFID標(biāo)簽天線(xiàn)的小型化設(shè)計(jì)與分析128
3.2.6標(biāo)簽天線(xiàn)的制作與測(cè)試136
3.3偶極子超高頻標(biāo)簽天線(xiàn)的工程設(shè)計(jì)實(shí)例139
3.3.1半波偶極子的工程問(wèn)題139
3.3.2變形偶極子天線(xiàn)141
3.3.3折疊偶極子天線(xiàn)144
3.3.4折合偶極子天線(xiàn)148
3.3.5彎曲偶極子天線(xiàn)151
3.3.6彎折偶極子天線(xiàn)154
3.4寄生單元加載的超高頻RFID標(biāo)簽天線(xiàn)的工程設(shè)計(jì)160
3.4.1寄生單元加載天線(xiàn)的實(shí)現(xiàn)方式160
3.4.2基于T型饋電的變形偶極子天線(xiàn)162
3.4.3基于串聯(lián)短截線(xiàn)的折疊偶極子天線(xiàn)168
3.4.4基于耦合饋電的變形偶極子天線(xiàn)172
3.4.5超高頻RFID標(biāo)簽天線(xiàn)的工程實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證177
3.5偶極子標(biāo)簽天線(xiàn)的加載179
3.5.1彎折線(xiàn)加載的偶極子標(biāo)簽天線(xiàn)179
3.5.2寄生單元加載的偶極子標(biāo)簽天線(xiàn)185
3.6偶極子標(biāo)簽天線(xiàn)的工程設(shè)計(jì)實(shí)例188
3.7印刷偶極子天線(xiàn)仿真設(shè)計(jì)案例197
3.7.1印刷偶極子天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)197
3.7.2HFSS建模198
3.7.3天線(xiàn)的物理參數(shù)仿真優(yōu)化199
3.7.4最終優(yōu)化結(jié)果202
3.8基于印刷偶極子天線(xiàn)的改進(jìn)206
3.8.1改進(jìn)思路206
3.8.2仿真分析206
3.8.3優(yōu)化參數(shù)及結(jié)果209
3.9微波頻段天線(xiàn)設(shè)計(jì)212
3.9.12.45G天線(xiàn)設(shè)計(jì)213
3.9.25.8GHz天線(xiàn)設(shè)計(jì)217
3.10實(shí)驗(yàn)仿真221
3.10.1偶極子原型221
3.10.2加入Tmatch結(jié)構(gòu)的偶極子天線(xiàn)222
3.10.3Tmatch偶極子間距對(duì)阻抗性能的影響223
3.10.4短偶極子長(zhǎng)度對(duì)阻抗性能的影響223
3.10.5短偶極子半徑對(duì)阻抗性能的影響224
3.10.6連接饋線(xiàn)寬度對(duì)阻抗性能的影響224
3.11基于Tmatch結(jié)構(gòu)的PCB板RFID電子標(biāo)簽天線(xiàn)設(shè)計(jì)225
3.11.1天線(xiàn)結(jié)構(gòu)225
3.11.2天線(xiàn)性能分析226
3.12RFID標(biāo)簽天線(xiàn)的研究與設(shè)計(jì)228
3.12.1電子標(biāo)簽天線(xiàn)的匹配理論228
3.12.2超高頻頻段標(biāo)簽天線(xiàn)設(shè)計(jì)229
3.12.3頻段標(biāo)簽天線(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)例233
3.12.4標(biāo)簽天線(xiàn)的加工與測(cè)量235
3.13液體環(huán)境對(duì)UHF標(biāo)簽天線(xiàn)的影響236
3.13.1理論分析236
3.13.2仿真驗(yàn)證試驗(yàn)236
3.13.3圓柱物體表面超高頻標(biāo)簽天線(xiàn)238
3.13.4標(biāo)簽在圓柱（液體）位置的性能影響244
3.14偶極子和縫隙耦合結(jié)構(gòu)實(shí)例251
3.14.1天線(xiàn)設(shè)計(jì)251
3.14.2結(jié)果與分析254
第4章RFID微帶標(biāo)簽天線(xiàn)256
4.1微帶天線(xiàn)256
4.1.1微帶天線(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)和輻射機(jī)理257
4.1.2微帶縫隙天線(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)分類(lèi)258
4.1.3矩形微帶天線(xiàn)的分析和設(shè)計(jì)方法260
4.2微帶天線(xiàn)的小型化技術(shù)261
4.2.1采用高介電常數(shù)基片262
4.2.2貼片曲面技術(shù)262
4.2.3微帶天線(xiàn)加載技術(shù)263
4.2.4附加有源網(wǎng)絡(luò)263
4.2.5微帶天線(xiàn)的帶寬技術(shù)264
4.3矩形微帶貼片天線(xiàn)的工程設(shè)計(jì)265
4.3.1結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要求265
4.3.2確定設(shè)計(jì)天線(xiàn)的參量270
4.3.3矩形微帶貼片天線(xiàn)的仿真與分析274
4.3.4矩形微帶貼片天線(xiàn)的阻抗匹配275
4.3.5微帶天線(xiàn)的圓極化和實(shí)現(xiàn)方法286
4.4矩形標(biāo)簽天線(xiàn)289
4.4.1矩形標(biāo)簽的阻抗289
4.4.2標(biāo)簽芯片的匹配289
4.4.3標(biāo)簽天線(xiàn)帶寬拓展292
4.5微帶縫隙天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)和工程設(shè)計(jì)296
4.6圓極化環(huán)形微帶天線(xiàn)的抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)實(shí)例299
4.6.1天線(xiàn)結(jié)構(gòu)299
4.6.2天線(xiàn)等效電路分析300
4.6.3仿真分析301
4.6.4測(cè)試結(jié)果303
4.7魯棒性結(jié)構(gòu)抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)例304
4.7.1天線(xiàn)結(jié)構(gòu)304
4.7.2天線(xiàn)等效電路分析305
4.7.3仿真分析305
4.7.4測(cè)試結(jié)果308
第5章分形結(jié)構(gòu)標(biāo)簽工程設(shè)計(jì)實(shí)例309
5.1分形結(jié)構(gòu)天線(xiàn)的基本理論309
5.1.1分形簡(jiǎn)介309
5.1.2分形維數(shù)311
5.1.3常用分形天線(xiàn)314
5.2小型化圓極化分形天線(xiàn)324
5.2.1引言324
5.2.2小型化天線(xiàn)技術(shù)324
5.2.3圓極化天線(xiàn)技術(shù)326
5.3RFID天線(xiàn)的分形結(jié)構(gòu)332
5.3.1引言332
5.3.2分形天線(xiàn)336
5.3.3Y型樹(shù)狀分形超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)340
5.3.4三等分樹(shù)狀分形超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)342
5.3.5Minkowski分形構(gòu)造344
5.4Hilbert分形迭代原理的實(shí)例347
5.4.1天線(xiàn)基板的介電常數(shù)和厚度對(duì)天線(xiàn)性能影響的研究348
5.4.2實(shí)際應(yīng)用352
5.5加載AMC地板的抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)設(shè)計(jì)354
5.5.1引言354
5.5.2彎折偶極子標(biāo)簽天線(xiàn)設(shè)計(jì)354
5.5.3人工磁導(dǎo)體地板設(shè)計(jì)359
5.5.4加載AMC地板的抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)363
第6章金屬環(huán)境標(biāo)簽的工程設(shè)計(jì)368
6.1環(huán)境場(chǎng)對(duì)標(biāo)簽的影響368
6.1.1金屬表面對(duì)標(biāo)簽性能的影響368
6.1.2超高頻抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)理論基礎(chǔ)371
6.1.3各種材料背景下的讀寫(xiě)距離測(cè)試 373
6.2不同金屬環(huán)境對(duì)標(biāo)簽天線(xiàn)性能的影響374
6.2.1天線(xiàn)周?chē)薪饘傥矬w374
6.2.2天線(xiàn)貼在不同大小的金屬表面上的分析377
6.2.3天線(xiàn)在金屬表面彎曲的分析380
6.3其他介質(zhì)對(duì)標(biāo)簽天線(xiàn)的影響385
6.3.1不同介質(zhì)的影響385
6.3.2不同距離的影響391
6.4采用相關(guān)天線(xiàn)技術(shù)降低環(huán)境要求393
6.4.1平面反F天線(xiàn)393
6.4.2尺寸的減小395
6.4.3標(biāo)簽天線(xiàn)對(duì)環(huán)境的影響396
6.5柔性 PIFA 抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)設(shè)計(jì)398
6.5.1天線(xiàn)結(jié)構(gòu)及模型398
6.5.2仿真分析399
6.6柔性微帶抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)設(shè)計(jì)401
6.6.1天線(xiàn)結(jié)構(gòu)及模型402
6.6.2仿真分析402
6.6.3測(cè)試結(jié)果406
6.7超薄柔性微帶抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)設(shè)計(jì)408
6.7.1厚度對(duì)微帶型標(biāo)簽天線(xiàn)的影響408
6.7.2超薄抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)的設(shè)計(jì)410
6.7.3超薄抗金屬標(biāo)簽測(cè)試結(jié)果412
6.7.4幾種柔性抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)性能的對(duì)比414
6.8波導(dǎo)饋電微帶環(huán)縫標(biāo)簽天線(xiàn)的分析與設(shè)計(jì)414
6.8.1金屬表面天線(xiàn)結(jié)構(gòu)與增益的關(guān)系415
6.8.2天線(xiàn)的設(shè)計(jì)與工程仿真418
6.8.3天線(xiàn)的制作與測(cè)試422
6.9同軸線(xiàn)饋電切口微帶貼片標(biāo)簽天線(xiàn)的設(shè)計(jì)和分析424
6.9.1金屬表面薄型天線(xiàn)的仿真與分析424
6.9.2天線(xiàn)的設(shè)計(jì)與仿真427
6.9.3天線(xiàn)的制作與測(cè)試433
第7章超高頻標(biāo)簽天線(xiàn)測(cè)試和仿真436
7.1標(biāo)簽天線(xiàn)的工作原理436
7.1.1雷達(dá)散射截面原理436
7.1.2標(biāo)簽天線(xiàn)的雷達(dá)散射截面437
7.1.3標(biāo)簽的調(diào)制工作方式439
7.1.4標(biāo)簽芯片的可讀靈敏度和讀寫(xiě)距離439
7.1.5標(biāo)簽的運(yùn)動(dòng)速度與讀取率447
7.1.6介質(zhì)對(duì)讀取性能的影響452
7.1.7天線(xiàn)的極化方向?qū)?biāo)簽性能的影響458
7.2標(biāo)簽天線(xiàn)的仿真分析462
7.2.1標(biāo)簽(一)的仿真分析462
7.2.2標(biāo)簽(二)的仿真分析463
7.2.3仿真分析的結(jié)論464
7.3標(biāo)簽性能測(cè)試的原理和方法465
7.3.1標(biāo)簽的相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)465
7.3.2標(biāo)簽性能測(cè)試基本原理466
7.3.3標(biāo)簽性能測(cè)試的實(shí)現(xiàn)方法466
7.3.4標(biāo)簽互操作性能測(cè)試的實(shí)現(xiàn)方法466
7.3.5標(biāo)簽芯片一致性測(cè)試的實(shí)現(xiàn)方法467
7.4測(cè)試系統(tǒng)的環(huán)境468
7.4.1整體測(cè)試方案468
7.4.2環(huán)行器隔離信號(hào)法470
7.4.3測(cè)試系統(tǒng)所用天線(xiàn)的仿真與制作471
7.4.4測(cè)試系統(tǒng)的整體搭建478
7.5標(biāo)簽性能測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)試及結(jié)果分析480
7.5.1測(cè)量讀和寫(xiě)標(biāo)簽的最小電場(chǎng)強(qiáng)度值480
7.5.2測(cè)量標(biāo)簽靈敏度481
7.5.3最大操作電場(chǎng)強(qiáng)度值和存活電場(chǎng)強(qiáng)度值482
7.5.4抗干擾能力482
7.5.5標(biāo)簽移動(dòng)最大衰落率483
7.6超高頻RFID標(biāo)簽的測(cè)試?yán)碚?83
7.6.1標(biāo)簽芯片阻抗的測(cè)量483
7.6.2S參數(shù)分析485
7.6.3標(biāo)簽天線(xiàn)的阻抗測(cè)量方法探討485
7.7標(biāo)簽基材復(fù)介電常數(shù)的測(cè)量488
7.7.1引言488
7.7.2波導(dǎo)傳輸法原理及仿真結(jié)果488
7.7.3矩形諧振腔法原理及仿真結(jié)果491
7.7.4微帶線(xiàn)諧振法原理及仿真結(jié)果493
7.7.5微帶線(xiàn)諧振法測(cè)試系統(tǒng)498
第8章外部場(chǎng)對(duì)標(biāo)簽天線(xiàn)的影響503
8.1標(biāo)簽天線(xiàn)受封裝的影響503
8.1.1標(biāo)簽天線(xiàn)的基本類(lèi)型503
8.1.2RFID標(biāo)簽天線(xiàn)的主要技術(shù)參數(shù)504
8.1.3仿真天線(xiàn)參數(shù)505
8.1.4標(biāo)簽的封裝507
8.1.5天線(xiàn)封裝對(duì)天線(xiàn)性能的影響509
8.2基本環(huán)境對(duì)RFID標(biāo)簽輻射的影響513
8.2.1溫度對(duì)標(biāo)簽的影響513
8.2.2溫度對(duì)標(biāo)簽操作的影響514
8.3濕空氣介電常數(shù)的推導(dǎo)514
8.3.1不含水蒸氣的空氣的介電常數(shù)514
8.3.2飽和干蒸汽的介電常數(shù)515
8.3.3濕空氣介電常數(shù)的計(jì)算516
8.3.4建模仿真516
8.3.5空氣粉塵和水霧顆粒對(duì)電磁波的影響519
8.4雨、雪、冰對(duì)RFID標(biāo)簽的影響523
8.4.1隨機(jī)雨介質(zhì)的等效介電常數(shù)523
8.4.2水膜對(duì)標(biāo)簽的影響的軟件仿真526
8.4.3冰雪對(duì)標(biāo)簽表面的影響530
8.5人體和金屬對(duì)RFID標(biāo)簽天線(xiàn)的影響532
8.5.1金屬對(duì)標(biāo)簽天線(xiàn)的影響532
8.5.2人體對(duì)RFID標(biāo)簽天線(xiàn)的影響533
8.5.3可用于人體環(huán)境的標(biāo)簽設(shè)計(jì)537
8.6紙基RFID包裝箱的標(biāo)簽天線(xiàn)設(shè)計(jì)538
8.6.1包裝箱環(huán)境對(duì)RFID標(biāo)簽天線(xiàn)的影響539
8.6.2RFID包裝箱的設(shè)計(jì)540
8.6.3實(shí)物測(cè)試與結(jié)果541
8.7人體對(duì)標(biāo)簽天線(xiàn)的影響543
8.7.1天線(xiàn)結(jié)構(gòu)543
8.7.2仿真與測(cè)量結(jié)果544
附錄1標(biāo)簽天線(xiàn)芯片的相關(guān)參數(shù)——以M4為例546
附錄2天線(xiàn)外形參考資料547
參考文獻(xiàn)558