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同时用于远近场的RFID阅读器天线设计开题报告

 2022-01-11 05:01  

全文总字数:2873字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

射频识别(RFID)技术是电磁波实现对目标信息识别的技术。随着RFID技术应用日趋广泛,应用的环境也变得愈加的复杂。因此,人们对于RFID天线尤其是RFID阅读器天线提出了更高的要求。其中一个比较共性的要求就是RFID阅读器天线能够同时工作在近场和远场情况下以适用复杂电磁环境的应用要求。基于此,本文研究并设计一款新型RFID阅读器天线,该天线为贴片天线,能够同时工作在远近场。

国内外研究现状

1.国外研究现状
从技术层面上看,国外已经有着相当成熟的RFID技术和相关的生产流水线。首先,美国很早就已经建立EPCglobal标准,随后相关的软件和硬件紧紧跟随着RFID技术的脚步走在世界的前列。欧洲紧随紧跟随美国标准,软件和硬件水平也相当成熟,甚至在封闭系统这一块与美国达到同等水平。亚洲近些年只有日本拥有自己的UID标准,但是UID有着很明显的缺点:只适合国内生产商,与国际不匹配。日本提出的UID标准想要走向世界还有很长的路要走。
从生产能力上看,美国的TI、Intel等主流集成电路产商在RFID芯片开发上投入了大量的人力与物力。一些硬件生产商已经生产出相应的硬件。软件方面得到了IBM、微软和惠普的大力支持。就目前而言,不论在美国的交通领域、物流领域还是医疗领域,RFID技术已经基本普及。欧洲的菲尔普斯、ST Microelectronics大力开展关于RFID芯片的开发和研究;Checkpoint、诺基亚、SAP等支持RFID技术的系统的软件开发工作与硬件生产同步。日本在RFID技术这一块嗅觉很敏锐,在已有的电子标签领域开展工作,大力发展RFID技术。目前,日本关于RFID技术的研究越来越多的出现在知名的期刊文献上。
2.国内研究现状
从技术层面来说,我国在RFID领域起跑就已经落后其他发达国家。相比于西方的发达国家甚至我们的邻国日本,我国的RFID技术差距较为明显。在门槛较低的低高频这一块,我国技术相对成熟有着相当可观的竞争力;在门槛较高的超高频这一块,我国起步较技术水平较为落后竞争力薄弱。尽管我国有着很多关于RFID技术的企业,但是并没有自己的核心技术。特别是在超高频这一领域,我国具有真正意义上自主产权的创新型企业几乎为零。
从生产层面来说,我国在RFID领域形式不容乐观。首先,我国还没与成熟的RFID生产链。我国在天线的设计、标签封装和系统集成方面发展较快较成熟。核心的芯片设计和中间件技术并没有掌握,还需要靠进口购买才能完成一个完整的成产。希望我们国家能够重视这一块,缩小与发达国家RFID技术之间的差距。

2. 研究的基本内容

本次论文研究并设计一款新型RFID阅读器天线能同时工作在近场和远场情况下以适用于复杂的电磁环境的应用要求。新型RFID阅读器天线为贴片天线,能够同时工作在远近场。天线的辐射单元由两部分组成:环形和矩形结构。其中环形结构用于近场的RFID的标签读写,矩形结构用于远场的RFID标签的读写。天线工作在840MHz~866MHz,反射系数小于10dB,符合我国超高频(UHF)要求。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

本次设计的实施方案主要分成四个阶段:准备阶段、设计阶段、加工阶段和论文撰写阶段。准备阶段需要阅读相关RFID天线的文献,了解天线工作的原理。还要熟悉HFSS仿真软件,目的是为了后期天线的仿真能够顺利进行。设计阶段的工作主要是确定工作频率、设计天线的尺寸、规划天线的结构和选择天线的馈电方式。当天线的设计工作完成之后,就开始天线的加工与测试阶段。天线的测试需要测试天线的两个电参数:一个是S11,一个是方向图。当天线的数据测试完毕后,对数据进行分析。将分析的过程与结果写入论文中,修改最终完成论文的撰写。详细的过程见附件。

本次设计的进度安排如表1所示:

表1 设计进度安排表

时间

进度安排

2018-03-01——2018-03-07

阅读相关文献,熟悉软件

2018-03-08——2018-03-22

设计天线,进行仿真

2018-03-23——2018-03-31

完成仿真,进行加工

2018-04-01——2018-04-07

完成测试,撰写论文初稿

2018-04-08——2018-05-17

完成论文撰写,最终定稿

本次设计的预期效果如下:天线工作在840MHz~866MHz,反射系数小于10dB,符合我国超高频(UHF)要求。天线的辐射方向为上下双面辐射,辐射面近似对称。设计出的新型RFID阅读器天线能够同时工作在近场和远场。通过本次设计,我学到了很多关于天线的知识。首先,了解了RFID技术的发展背景和国内外发展情况,掌握了关于阅读器天线的基本原理尤其是微带线天线。其次,将以往从微波和雷达中学到的知识运用到实际设计中,将理论与实际相结合,不仅丰富了我的天线知识还提高了我的动手能力。最后,在天线的仿真与测试过程中,我一方面学习HFSS,Origin等一系列软件的使用;另一方面,学会了如何对图天线的方向图进行分析。

4. 参考文献

[1]钟华华.uhf rfid宽频阅读器天线与应用软件设计[d].辽宁:大连海事大学,2017

[2]幸永豪.rfid 宽带小型化天线的研究与设计[d].四川:西南交通大学,2017.

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