UHF RFID标签天线设计、仿真及实践

目 录

第1章 RFID技术的发展及现状\t1

1.1 研究背景及意义\t1

1.1.1 RFID技术的起源\t1

1.1.2 RFID技术的发展\t2

1.2 超高频RFID技术及标签介绍\t5

1.2.1 RFID技术的系统组成\t5

1.2.2 RFID标签分类\t6

1.3 国内外标签技术的研究现状\t9

后记\t9

参考文献\t10

第2章 电磁场基本理论的梳理—绕不开的麦克斯韦方程\t11

2.1 麦克斯韦方程\t11

2.1.1 法拉第定律\t11

2.1.2 安培环路定律\t13

2.1.3 电场的高斯定律\t14

2.1.4 磁场的高斯定律\t16

2.1.5 小结\t17

2.2 材料媒质中的波动方程及其解\t18

2.3 电磁场理论对于UHF RFID标签天线设计的指导意义\t22

后记\t24

第3章 UHF RFID标签天线的理论基础\t25

3.1 最高功率传输的阻抗共轭匹配\t25

3.1.1 共轭匹配理论的推导\t25

3.1.2 实际应用中标签芯片的阻抗计算\t27

3.2 无源超高频系统及标签的工作原理\t29

3.3 Friis方程及雷达距离方程与标签识别距离的关系\t30

3.3.1 Friis方程\t30

3.3.2 雷达距离方程\t31

3.4 影响UHF RFID系统识别距离的因素\t32

3.4.1 标签天线增益对标签激活距离的影响\t32

3.4.2 天线雷达截面对读写器检测距离的影响\t33

3.4.3 天线工作频率对标签激活距离的影响\t33

后记\t34

参考文献\t34

第4章 UHF RFID标签天线的设计基础\t36

4.1 偶极子UHF RFID标签天线的种类\t36

4.1.1 半波对称偶极子天线\t36

4.1.2 折合偶极子天线\t37

4.1.3 弯折偶极子天线\t37

4.2 UHF RFID标签天线的设计原则与过程\t38

4.2.1 原则1：阻抗匹配\t38

4.2.2 原则2：天线增益\t41

4.3 UHF标签天线设计中的关注点\t42

4.4 UHF RFID标签的设计过程\t43

4.5 UHF RFID标签设计示例\t44

后记\t45

参考文献\t45

第5章 双频带UHF RFID标签天线的设计\t46

5.1 天线双频带的基本方法\t46

5.1.1 附加谐振枝技术\t46

5.1.2 开槽技术\t48

5.1.3 耦合技术\t49

5.1.4 多模谐振技术\t51

5.2 UHF RFID双频带标签的设计原则与过程\t52

5.2.1 UHF RFID双频带标签的设计原则\t52

5.2.2 UHF RFID双频带标签的设计过程\t52

后记\t60

参考文献\t61

第6章 抗金属标签的设计\t62

6.1 抗金属标签设计的基本方法\t62

6.1.1 调整标签天线与金属表面的距离\t62

6.1.2 采用吸波材料\t63

6.1.3 利用EBG结构的介质板\t64

6.1.4 利用微带天线结构\t65

6.2 UHF RFID抗金属标签的设计原则与过程\t67

6.2.1 UHF RFID抗金属标签的设计原则\t67

6.2.2 UHF RFID抗金属标签的设计过程\t67

后记\t80

参考文献\t80

第7章 UHF RFID圆极化标签天线的设计\t82

7.1 圆极化的基本概念及其实现方法\t82

7.1.1 圆极化的基本概念\t82

7.1.2 圆极化天线的实现方法\t86

7.2 基于变形偶极子的圆极化标签设计\t89

后记\t91

参考文献\t92

第8章 近场天线\t93

8.1 UHF近场工作天线的设计原则\t94

8.2 近场标签天线结构\t94

8.2.1 小环形天线\t95

8.2.2 环形裂隙谐振天线\t95

8.2.3 长形环天线\t96

8.3 读写器近场天线设计\t96

8.3.1 分段环天线\t96

8.3.2 分段耦合的近场天线实例分析\t97

8.3.3 分段耦合眼形近场天线实例分析\t99

后记\t103

参考文献\t103

第9章 UHF RFID标签天线的仿真过程\t105

9.1 HFSS创建工程及运行环境\t105

9.2 UHF RFID标签天线模型设计详细过程\t110

9.2.1 天线模型的创建\t110

9.2.2 设置边界条件和端口激励\t133

9.2.3 设置求解参数\t141

9.2.4 设计验证与仿真\t144

9.2.5 创建图表结果\t146

9.2.6 参数变量优化\t150

后记\t159

第10章 UHF RFID标签的研发制作过程\t160

10.1 RFID标签天线1；1图纸的打印\t160

10.2 制作标签所需要的工具\t167

10.3 标签的制作过程\t169

后记\t176

第11章 RFID标签天线的测试\t177

11.1 标签芯片阻抗测量\t177

11.1.1 方法一\t177

11.1.2 方法二\t179

11.2 标签天线阻抗测量\t180

11.2.1 镜像法测量\t181

11.2.2 巴伦测试方法\t182

11.2.3 测量线法\t184

11.2.4 扫频长线法\t184

11.3 RFID标签性能测试的实现方法\t186

11.3.1 基于“识别、读、写”的三种距离说明\t186

11.3.2 读标签最小电场强度值（EMin_read）\t187

11.3.3 写标签电场最小电场强度值EMin_write\t188

11.3.4 标签灵敏度\t188

11.3.5 最大操作电场强度值（Emax）和存活电场强度值（Esurvival）\t189

11.3.6 抗干扰能力（Pnoise）\t189

11.3.7 标签移动最大衰落率（Frate）\t189

11.4 标签天线其他参数测量\t190

11.4.1 最大读取距离测量\t190

11.4.2 带宽测量\t191

11.4.3 方向图测量\t191

11.4.4 雷达截面测量\t192

后记\t193

参考文献\t193

本书从工程实际出发，系统讲解了UHF RFID标签设计过程中所涉及的理论原理和设计要点。其中，第3章为本书的关键，系统介绍了UHF RFID标签天线的理论基础，主要包括阻抗匹配原理和标签读取距离的理论计算，这两部分内容不仅是标签设计理论的要点，同时也决定了对RFID技术的认知深度；第5～8章分别介绍了双频标签、抗金属标签、圆极化标签、近场天线四种在实际的UHF RFID运用方案中经常被用到的标签形式，对于其设计理论的认知和设计方法的掌握，可以大幅提高解决RFID项目实际问题的能力；第9章和第10章采用图片详尽地介绍了UHF RFID标签天线的仿真和制作过程，为读者尽快找到实践的方法提供一个切入点；第11章用较短的篇幅简要介绍了RFID标签天线的测试要求和测试方法。