超寬帶射頻識別系統(tǒng)中的天線研究與設計.pdf

1、超寬帶系統(tǒng)具有許多傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)所沒有的獨特優(yōu)點：結構簡單、功耗小、數(shù)據(jù)傳輸率高、保密性能好、定位精度高、抗多徑能力強等等。另一方面，射頻識別正成為無線技術中的另一個熱點.已有數(shù)量可觀、種類較多的射頻識別產品見之于市場用之于實際。然而，目前的射頻識別系統(tǒng)絕大部分都是窄帶的。本論文將超寬帶技術應用于射頻識別與定位系統(tǒng)之中，從而使射頻識別與定位系統(tǒng)具有超寬帶技術的諸多獨特優(yōu)點，尤其是定位精度高這一特點。 本論文描述了三種不同類型的超寬

2、帶射頻識別系統(tǒng)，研究設計并制作了多種超寬帶天線及天線陣以用作這些系統(tǒng)的發(fā)射/接收天線及標簽，提出了關于超寬帶天線/標簽的測量方案，對超寬帶天線的基本原理及其散射理論亦進行了有意義的探討。 本論文的第1章介紹了射頻識別、超寬帶以及超寬帶天線等技術的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀。 第2章首先描述了兩種傳統(tǒng)的基于超寬帶技術的射頻識別與定位系統(tǒng)：有源超寬帶射頻識別系統(tǒng)(下文簡稱為“有源系統(tǒng)”)及無源超寬帶射頻識別系統(tǒng)(下文簡稱為“無源系統(tǒng)

3、”)。在此基礎上，本章首次提出并構建了一種全新的無源無芯超寬帶射頻識別系統(tǒng)(下文簡稱為“無源無芯系統(tǒng)”)。 論文第3章設計制作了多種超寬帶發(fā)射/接收天線，包括漸變縫隙天線、平面橢圓環(huán)天線以及含延時線的平面橢圓環(huán)天線.這些天線都分別被應用于第2章所描述的3種超寬帶射頻識別系統(tǒng)之中。 基于對這些天線的研究設計以及對現(xiàn)有超寬帶天線結構的總結，本論文從金屬波導、表面波波導以及傳輸線這3種導行結構的角度出發(fā)，首次提出了“超寬帶天線

4、是這3種導行結構在自由空間某種形式的延伸”的觀點，這對超寬帶天線的基本原理是一個有意義和別具新意的探討。 超寬帶散射天線的研究設計是本論文最具特色的重要內容.第4章設計了多種平面結構的超寬帶散射天線及天線陣以用作本論文第2章提出的無源無芯系統(tǒng)中的標簽。通過對這些無源無芯標簽的天線模散射信號進行脈沖幅度調制(PAM)和脈沖位置調制(PPM)，使得這些標簽不僅可以被識別，而且可以被準確定位。與傳統(tǒng)標簽相比，該標簽只包括平面天線或天線

5、陣，而不包含任何電路及芯片。這樣一來，天線/天線陣即標簽：標簽即天線/天線陣.這使得該類無源無芯標簽具有結構簡單緊湊、使用壽命長、成本低以及易貼附于待識別物體等優(yōu)點。 相較于超寬帶天線的發(fā)射/接收特性，天線的散射性能較少被研究。本章首先介紹了一場正在進行的關于天線散射理論的經典辯論?；谖覀儗Τ瑢拵炀€散射特性的研究，我們從實驗的角度得出與部分學者一致的觀點：目前被廣泛應用的接收天線的等效戴維南或諾頓電路存在一些問題，基于該等效

6、電路的一些經典觀點也有待完善甚至重寫。另外，人們在對“結構?！迸c“天線?！钡亩x上同樣存在不同意見，本章首次用實驗結果驗證了R.B.Green對天線模與結構模的定義相較于其他定義的優(yōu)越性。 超寬帶天線的測量同樣是本論文的重要組成部分之一.本文第5章提出了室內非暗室條件下超寬帶散射天線的時/頻域測試方法，這種改進的測量技術在保證一定的測試精度的前提下，大大節(jié)約了測試成本，并在一定程度上有效地驗證了無源無芯超寬帶射頻識別系統(tǒng)在復雜室