金属表面超高频RFID标签天线设计要点

一种金属表面超高频RFID标签天线

设计

摘要：无线射频识别(RFID)系统主要由RFID读写器和电子标签组成。近年来，RFID技术已经广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。在很多应用中，RFID 标签应用与金属表面，但是，具有类偶极子天线的普通无缘超高频RFID标签应用于金属表面时，其阻抗匹配，辐射效率，核辐射方向图都会发生改变，从而导致标签的性能变差，设置不能被有效读取。为解决超高频RFID 标签应用于金属表面的问题。本文先分析应用于金属表面性能恶化的原因，介绍现有对抗金属表面的天线研究，在针对实际应用提出超高频RFID 抗金属标签天线的设计。

关键词：射频识别，超高频，标签，天线，金属表面，抗金属

Abstract：Radio frequency identification(RFID）in the ultra-high-frequency(UHF)band has gained interest in supply chain management and traffic management because of its long read range.In many applications,RFID tags need to be attached on the surface of metallic objects.However,it is a challenge for label type passive UHF RFID tags with dipole-like antennas to be mounted on the surface of metal. This essay first analyzed the cause of the performance deterioration of the tag placed near the metallic objects,and the existing research against the metal surface of the antenna, in the practical application for the design of anti metal UHF RFID tag antenna is proposed.

Keywords:Anti-me，tag, Antenna,Metallic,RFID,Tag,UHF.

1.RFID简要

1.1 RFID技术的系统组成

一个典型的RFID系统如图1.1所示。一般包括标签(tag) 、阅读器(reader)和应用系统(application system )三个部分。阅读器通过射频信号给标签提供能量并“询问”标签, 标签被激活后将其存储的标签信息发送给阅读器, 阅读器再将读取的标签信息发送给应用系统以结合具体的应用背景进行数据的控制、存储及管理

。

标签一般由标签天线与标签芯片组成。标签天线接收阅读器发射过来的射频信号并转化为能量, 获取的能量给标签芯片供电。当获取的能量足够时, 标签芯片被激活, 并根据阅读器的询问指令完成相应的动作, 将芯片上存储的标签信息通过反向散射调制的方法反射给阅读器。每个标签具有唯一的电子编码,用于对附着物体的

标识。标签能够贮存有关物体的数据信息, 一般约1k bits。在RFID管理系统中, 每一个标签中对应着一个物体的属性、状态、编号等信息。标签通常安装在物体表面, 具有一定的无金属遮挡的视角。标签除了能被读取(Read )外, 也可以被写入(write) 或杀死(kill) 。

阅读器由阅读器主机及阅读器天线组成。阅读器主机主要实现读取信号的控制及射频信号的产生。产生的射频信号通过阅读器天线发射给标签。标签的反射信号也通过阅读器天线接收, 并被阅读器主机解析与识别。阅读器一般有固定式与手持式两种形式。固定式的体积较大, 但性能一般比较好; 手持式的体积较小, 便于手持读取, 但性能要差些。至于是采用固定式还是手持式阅读器, 需要根据实际应用的需要进行选择。

1.2 RFID标签分类

RFID标签可以按照能量获取的方法来分, 也可以按照射频频率来分。按照能量获取的方法不同可以分为无源标签、有源标签及半有源标签; 按照射频频率的不同可以分为低频标签、高频标签或超高频标签。

超高频无源RFID 技术由于读取距离较远、成本较低、读取速率快等诸多优势而被广泛关注。但是, 超高频盯ID 技术目前许多应用尚不成熟。其原因不完全在于稍高的成本, 很大程度上是由于标签对于各种不同商品的适用性以及不同环境的适应性上存在的技术问题造成的。在RF ID 的应用上没有“千篇一律”的标签, 所以开发和生产各种用途的标签是解决问题的关键。其中, 金属物体对超高频RF ID 标签性能的影响很大。超高频RF ID 抗金属标签是一种专门针对金属物体而使用的无源超高频RF ID 标签。也称为金属标签、防金属标签或金属附着型电子标签。对于普通无源超高频标签, 当其贴在金属表面时, 由于标签天线的阻抗匹配、辐射效率、方向性都发生了改变〔20] , 标签的读取距离迅速降低, 甚至难以被读取。因此, 需要对其进行特殊处理或采用特殊标签, 以使其可以在金属表面应用。

一般有三种解决办法:

1.采用吸波材料贴于金属表面克服金属的反射效果。

2 .将标签垫高一定高度, 减小金属的边界条件影响。

3 .采用专门的抗金属标签天线设计方法。

超高频RF ID 抗金属标签天线的设计目标如下:

1.标签具有较好的抗金属能力, 不受金属边界条件的影响。标签在不同大

小的金属物体表面具有稳定的性能。

2. 标签的性能优良, 具有较远的读取距离。超高频RF ID 技术的优点即在于标签具有较远的读取距离。因此, 抗金属标签不能以牺牲读取距离为代价。

3 .标签的方向性好, 最好在金属表面上半球具有全向特性, 这样阅读器在不同的角度都能准确读取到标签。

4. 标签的轮廓小巧。为了满足实际应用的需要, 要求标签天线的面积尽

可能小, 厚度尽可能薄。

5. 标签的成本低廉。成本低廉一方面要求标签的材料廉价, 另一方面要求天线的加工制作工艺简单。天线的加工制作工艺的简单则要求天线具有简单的平面结构。

1.3 国内外研究现状

超高频RF ID 标签的研究是随着超高频盯ID产业的逐渐成熟而兴起的, 主要研究成果集中于近五年的时间内。就研究内容而言, 主要集中于超高频盯ID标签芯片的设计、超高频RFID 标签的基础理论、超高频RFID 标签的性能分析及超高频RFID标签的天线设计。在超高频RFID 标签的研究范畴中, 超高频RFID 抗金属标签的研究引人关注, 而且已经成为RFID标签研究的一个热点。超高频RF ID 抗金属标签的研究主要包括两个部分: 一, 普通偶极子RFID 标签的性能受金属环境的影响; 二, 满足各种要求的超高频RFID抗金属标签天线的设计。

2.金属表面对类偶极子超高频RFID标签的影响分析

研究金属物体对标签天线的影响，首先要考虑天线靠近金属时金属表面电磁场的特性。根据电磁感应定理，这时金属表面附近的磁场分布会发生“畸变”，磁力线趋于平缓，在很近的区域内几乎平行于金属表面，使得金属表面附近的磁场只存在切向的分量而没有法向的分量，因此天线将无法通过切割磁力线来获得电磁场能量，无源电子标签则失去正常工作的能力。另一方面，当天线靠近金属时，其内部产生涡流的同时还会吸收射频能量转换成自身的电场能，使原有射频场强的总能量急剧减弱。而上述涡流也会产生自身的感应磁场，该场的磁力线垂直于金属表面且方向与射频场相反并对读写器产生的磁场起到反作用，致使金属表面的磁场大幅度衰减，使得标签与读写器之间通信受阻。另外，金属还会引起额外的寄生电容即金属引起的电磁摩擦造成能源损耗，使得标签天线与读写器失谐，破坏RFID系统的性能。

2.1 标签天线的性能参数

对于超高频RFID标签而言, 最大读取距离是其最为重要的性能指标, 它指的是标签在标准功率的阅读器测试下能够被读取到的最大距离. 由第二章介绍的超高频RFID标签理论基础可知,超高频RFID标签的最大读取距离可以表示为：

max4

t t r

th

PG G

r

P

τ

λ

π

=

（2.1）

其中λ为自由空间波长, t P为阅读器输出功率, t

G为阅读器天线增益, r

G为标签天线增益,

th

P为标签芯片的阂值能量, τ为标签天线与芯片之间的功率传输系数。

如果标签芯片的阻抗为

c c c

Z R jX

=+,

标签天线的阻抗为

a a a

Z R jX

=+。那么功率传输系数τ可以表示为:

2

4a c a c

R R Z Z τ=

+，

01τ≤≤；

（2.2）

对于标签天线的增益r G , 由增益及方向性的定义可得:

r r r G D e =

（2.3）

其中, r D 为标签天线的方向性, r e 为标签天线的辐射效率。对于同一

个超高频RFID 测试系统, 阅读器的输出功率t P 、阅读器天线的增益t G 、标签芯片的阂值能量t P 都不会变化。所以当超高频RFID 标签贴在金属附近时, 标签的最大读距离主要是受标签天线功率传输系数τ、标签天线方向性

r D 及标签天线辐射效率r e 的影响。

因此，可以通过标签天线功率传输系数τ、标签天线方向性r D 及标签天线辐射效率r e 来定性、定量地分析金属表面对标签性能的影响。

2. 2 性能参数受金属边界的影响

当超高频RFID 标签贴于金属表面时, 导致标签性能变差的主要因素是金属边界条件使得阅读器询问信号的反射波与入射波的相位相反，从而导致能量被抵消, 标签难以获得足够的能量激活标签芯片。当入射波垂直于金属表面时, 由于反射波与入射波

正好相差180O

, 电场分量在金属表面

呈驻波分布,如图2 .1 所示。由图可知,

标签与金属边界的距离为零处电场的

强度最小,距离为0.25λ处电场的强度最大。换而言之, 当标签直接贴在金属表面时, 能够获得的能量几乎为零, 而当放在距离金属表面0.25λ处, 能

够获得的能量是最大的。因此, 当标签天线直接贴于金属表面时, 由于边界

条件的影响标签天线的辐射效率严重

衰减。

图2.1

除了标签天线辐射效率受到影响外,

标签天线的阻抗匹配也会变差, 从而导致天线与芯片的功率传输系数减小。天线阻抗的变化一方面是由于天线辐射电阻的减小, 另一方面是由于金属表面对天线会产生加感的影响。由金属边界条件导致的辐射效率的减小某种程度上可以采用吸波材料来克服, 但金属表面对天线的加感的影响则无法消除。与天线辐射效率及功率传输系数都受到金属边界削弱相比, 天线的方向性影响不大。根据基本天线原理, 对一个偶极子天线而言, 金属表面相当于一个平面反射器。偶极子天线只要不是完全贴在金属表面上, 那么天线的方向性或增益比自由空间更高。普通2λ偶极子天线和金属平面

反射器的距离与天线增益的关系如图2.2所示。即使当标签距离金属平面很近, 标签的增益也是可观的。由于增益是方向性与辐射效率的乘积, 而辐射效率在天线非常靠近金属平面时是很小的, 则说明当天线贴近金属平面时, 天线的方向性仍然比较大。当标签天线距离金属平面2λ时, 天线的增益减小至零。从电场的驻波分布图可知, 天线在距离金属平面2λ处辐射效率几乎为零。

图2.2

从天线辐射方向图的角度上来说, 偶极子标签天线在金属表面的性能变化也反映在辐射方向图上。金属板越大, 天线的主瓣就越窄, 而且瓣的数目会随着标签与金属表面的距离增加而增加。如图2.3 所示, 普通偶极子天线处于金属表面不同高度时天线的辐射方向图是不同的。当天线距离金属表面32λ与4λ时, 天线都是一个主瓣, 且增益都比自由空间大; 当天线距离金属表面2λ时, 天线的瓣数变

为 2 , 且法线方向上天线的增益衰减比较严重。辐射方向图与天线方向性具有较好的一致性。

以上从电磁场及天线的理论分析了普通类偶极子天线置于金属表面及其附近时天线的相关参数(天线辐射效率、功率传输系数及辐射方向图) 的变化趋势及原因。但是并没有系统地分析这些参数随着标签与金属表面距离变化的定量关系及对标签性能的影响。也没有给出大约标签垫高一个什么样的高度可以让标签获得一个可以接受的性能。这些定量的变化及关系对于实际工程应用与对于理解标签的性能变化有非常重要的指导作用。因此, 接下来将采用两种电磁场仿真的方法定量地分析标签天线的相关性能参数随与金属平面距离的增加而发生的变化, 以及对标签最大读取距离的影响。

图2.3

3.无源抗金属的UHF RFID 标签天线设计

3.1微带贴片天线的结构及工作原理

微带贴片天线也称为微带天线，具有低剖面、易加工、成本低等优点，其结构通常由一矩形金属贴片置于金属地上的一层基质的上表面，如图3.1所示，最底层为金属地，金属地的上面是一层基质材料，矩形贴片贴在基质材料的上表面。矩形贴片与基质、金属地构成了一个谐振腔，矩形贴片的长度三决定了天线的谐振长度，工作的时候是依靠矩形贴片与金属地间的缝隙向外进行辐射，如图3.2所示。矩形贴片的谐振长度三稍稍小于基质材料中的半波长，基质厚度h 远小h 于波长。谐振长度的近似公式是：

0.490.49d r

L λ

λε==?

式3.1

其中，d λ是介质中的波长，λ是空间

中的自由波长，r ε是基质的相对介电常数。对于具体的无源UHF RFID 标签天线，天线的长度、尺寸需要根据具体情况来确定，并且在初步确定模型的基础上进行一些开槽、弯折等等操作，使天线实现尺寸小型化、性能

最优化。

图3.1

图3.2 3.2电感耦合馈电的优势

电感耦合馈电是指在天线辐射体旁边设计一个馈电环，馈电环与天线辐射体之间相互耦合来实现对天线的馈电工作。电感耦合馈电方式的优点有： 1．方便调节天线的阻抗

电感耦合馈电的天线结构是由一个馈电环与天线辐射体组成，两者彼此之间存在着电感耦合，耦合的强度可以由馈电环与辐射体间的距离控制，也可以由馈电环的形状来控制。图3.3（a ）表示了电感耦合馈电的基本天线模

型，图 3.3（b ）为电感耦合馈电的等效电路图。其中，天线的输入阻抗可以表示为：

()2

2a a a loop

rb

fM Z R jX Z Z π=+=+

式3.2

其中rb Z 和loop Z 分别是天线辐射体与馈电环各自的阻抗，M 表示馈电环与辐射体间的耦合强度。

图3.3

在天线辐射体的谢振频率0f 附近，其阻抗.0rb R 可以被写成包含天线辐射阻抗如和质量因数rb Q 的关于频率f 的函数：

0.0.00rb rb rb rb f f Z R jR Q f f ??

=+- ?

?? 式3.3

馈电环的阻抗如下：

2loop loop Z j fL π=

式3.4

其中，loop Z 为天线馈电环的自感强度。由式(3.3)到式(3.4)，电阻和电抗表示为：

()2

2

.0

21

1a rb fM R R u π=

+

式3.5

()2

2.0

221a loop

rb fM u X fL R u ππ=-

+

式3.6

其中，()00rb u Q f f f f =-，当

f f =时，

()

()2

0.00.0

2a a rb f M R R f f R π===

().0002a a loop X X f f f L π===

式3.7

2．可以增加天线的带宽

电感耦合馈电的另一个优点就是可以增加天线的带宽，它通过与天线辐射体之间相互耦合的方式进行馈电工作，这一特性使得天线的工作带宽得到了一定的提升。而在目前的一些UHF RFID 抗金属标签天线设计中，普遍存在的一个问题就是带宽比较窄，不能够同时满足世界大部分地区的工作频率标准，所以，在抗金属标签天线设计中引入电感耦合馈电可以在一定程度上弥补抗金属标签天线的这一劣势，从而提高天线的整体性能。

3.3标签天线的设计

本课题中无源抗金属UHF RFID 标签天线的设计初期主要目标是实现天线宽带、廉价的优点。因为现在比较常见的几种UHF RFID 抗金属标签天线都普遍存在这带宽窄这一劣势，为了提升带宽，本课题在设计过程中经历了大量的实验以及理论性研究并成功攻克这一难题。另外，为了达到预期

制定的廉价这一目标，设计过程中避免了使用短路针及短截片等比较复杂的结构设计。天线设计之前首先要确定好天线的工作中心频率，其次要选定天线所使用的材料以及所要绑定的芯片的一些基本参数信息。本设计的目标是完成一种可以工作在中心频率为915MHz 的宽频带的抗金属RFID 标签天线设计，所采用的芯片是Alien 公司的Higgs-3系列芯片，芯片的内部等效电路如图3.4所示，基本的参数信息参见表3.1。通过电路并联与串联间的转换，再代入表3.1中的芯片阻抗数据信息，可以得到在915MHz 附近芯片的阻抗值为27200IC Z j =-Ω。在基 质的选择上，选择了聚四氟乙烯(FR-4)材质，在915MHz 频率附近时基本的参数信息为：介电常数 4.5r ε=，损耗正切tan 0.016σ=。

图

3.4

表3.1

首先确定了使用微带贴片天线的结构类型，并且将电感耦合馈电技术引入抗金属标签天线中。接下来，在HFSS 软件中建立最初的天线模型，如图

3.5(a)所示，这是一个最基本的电感耦合馈电的UHF RFID 微带贴片天线，在一块贴片的旁边设计一个馈电环来对天线进行馈电。但是，可以看到，这个时候天线模型的尺寸比较大，约为213090mm ?，由于标签天线经常用在直接贴于物体表面，所以，对于一些体积小的物品的使用上则会受到限制，为了其使用价值的最大化，一个切实可行的办法就是对天线进行小型化操作。

由于天线馈电环会占据一定的面积，所以我们首先考虑的就是将馈电环嵌入到天线辐射片内部，如图3．5(b)所示，这样设计的好处是：既可以减小天线的尺寸，又可以在一定程度上增加馈电环与辐射体间的耦合强度。其次，就是要对天线辐射体部分进行小型化设计，微带贴片天线的小型化技术应用中，比较常见的是：对天线进行开槽设计，增加天线的电长度，从而达到减小天线的物理尺寸的目的，具体操作如图3.5(c)和图3.5(d)所示。在图3.5(c)中，先对天线的贴片部分设计一个U 型槽，使天线的电流可以沿着U 型槽的路径进行流动，从而

达到天线物理尺寸减小的情况下使得电流可以流经同样的路径长度，图3.5 (c)经开槽后，尺寸得到了明显的减小，达到了210980mm ?。当尺寸达到图 3.5(c)情况的时候，天线的尺寸已经与最初的设计图3.5(a)减小了近26%， 已经达到了预期的目标，但是，天线的小型化可以说没有一定的绝对值，为了使天线的面积尽可能降到最低，还需要对天线形状做进一步的仿真、

优化。

本设计中，我们引入了电感耦合馈电方式用来增加天线的工作带宽，但是这样还是与许多应用在非金属上的宽带天线的带宽有一定差距。为了使抗金属天线的宽带性能得到进一步提升，学习、研究宽带UHF RFID标签天线的设计方法是很有必要的，通过查阅资料了解到：当将天线的辐射体变为两部分，使馈线连接到天线的两个不同的辐射体的时候，天线的两个辐射体尺寸有一些差异，尺寸较大的部分影响着天线低频的部分，尺寸较小的部分负责天线的高频部分，经过调节天线的一些尺寸，可以使天线出现双谐振。于是，我们可以用类似的方法，将此项技术引入到电感耦合馈电的微带贴片天线中，即只需要将微带贴片天线的辐射体设计成两个相互独立的部分，而天线的金属地、基质材料无需更改。考虑到之前的一些设计思路，为了不增大天线的尺寸，只能将天线的两个大小不同的辐

射片设计在馈电环的同一侧。于是，在设计的时候选择了在原来的辐射体上开一个闭环的回路槽，如图 3.5(d)所示。在天线工作的时候，馈电环分别与两个辐射片进行耦合，与此同时，两个辐射片之间也存在着一定程度的耦合，这样，便会形成两个处于不同频率的谐振峰，经过调试可以实现两个频率相互接近且都位于中心频率(915MHz)附近的谐振峰，从而实现增加天线的带宽。

图3.5

3.4天线在HFSS软件中的设计模型

天线在HFSS软件中的设计图形如图3.6所示，天线的辐射体与馈电环已经被标示出来，辐射体下面为天线的基质材料(FR-4)，在仿真的时候需要将基

质FR-4一些具体参数设置完成，从而实现模拟真实的工作环境。在基质下面，有一层与天线基质面积相同的金属铜片作为金属地。对于基质与铜片的尺寸，在设计的时候并未按照天线正面的大小来设计，而是比天线的正面大出一些尺寸。这一方面在设计的时候，考虑到此天线设计为抗金属天线，同时又希望其可以应用在自由空间环境中，所以可以通过设计一个大小比较合理的金属地来实现。通过反复研究、实验，发现当金属地的尺寸比天线辐射体的平面距离大于u=15mm的时候，金属地可以近似的模拟工作在无限大平面的金属表面的工作环境，所以，采取此种设计方法，当天线各项参数达到预期目标后，无论是当其在自由空间中工作的时候还是在金属表面工作的时候，其参数、性能都不会发生较大的改变，从而使RFID标签既可以应用在自由空间中，也可以在金属环境下正常工作。

图3.6

下面简单介绍一下天线的主体部分：馈电与辐射体。由图3.7中可以看到，在天线的下方有一个封闭的环即为馈电环，其中黑色部分为馈电点，即芯片的焊接点。标签天线工作的时候，馈电环与辐射体进行耦合，由于辐射体部分通过开槽操作，已经被分成两部分，这样馈电环就可以分别和两个辐射体进行耦合，从而可以形成两个天线自谐振点，这样，通过调节天线的尺寸及图形可以将两个谐振点控制在工作中心频率915MHz附近，从而使得天线的工作带宽增大。具体的天线仿真结果将在下面的内容中向进行介绍。天线的整体大小为

2

10379mm

?，辐射体及馈线的尺寸为

2

7349mm

?，其中一些关键尺寸已经用字母标出，天线具体尺寸如表 3.2所示

。

表

3.2

图3.7

经过生产加工，前面所设计完成的可以用于金属上的UHF RFID标签天线的加工样品如图3.8所示。图(a)为标签天线的正面照片，图(b)为天线背面金属地的照片。

图3.8

4.总结与展望

随着物联网技术的快速发展，作为其关键技术之一的RFID技术近些年也得到了越来越广泛的应用。但是，当UHF RFID标签工作在金属环境，由于金属的影响，标签天线的性能会急剧下降，使得标签无法进行正常工作，而这也极大地限制了RFID技术的应用和发展。目前已经研究出来的绝大多数RFID抗金属标签天线普遍存在着结构复杂、成本高、带宽较窄等缺点，无法同时满足大多数应用的需求。为了解决这一难题，越来越多的研究人员致力于研究并设计可以应用在金属表面的RFID标签天线，已经逐渐发展成为一个研究热点。本文中介绍了两种自主设计的UHF RFID抗金属标签天线，并对其参数及性能进行了研究、分析。

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实验七 微带贴片天线的设计与仿真

实验七微带贴片天线的设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个微带贴片天线 2..查看并分析该微带贴片天线的 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 传输线模分析法求微带贴片天线的辐射原理如下图所示： 设辐射元的长为L，宽为ω，介质基片的厚度为h。现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路，根据微带传输线的理论，由于基片厚度h<<λ，场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下，场沿宽度ω方向也没有变化，而仅在长度方向(L≈λ/2)有变化。 在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同向叠加，而两垂直分量所产生的场反相相消。因此，两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙，缝的电场方向与长边垂直，并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h，长度为ω，两缝间距为L≈λ/2。这就是说，微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。 四、实验内容 利用HFSS软件设计一个右手圆极化天线，此天线通过微带结构实现。中心频率为2.45GHz，选用介质基片R04003，其介电常数为εr=2.38，厚度为h =5mm。最后得到反射系数和三维方向图的仿真结果。 五、实验步骤 1.建立新工程 了方便建立模型，在Tool>Options>HFSS Options中讲Duplicate Boundaries with geometry 复选框选中。 2.将求解类型设置为激励求解类型： （1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type。

HFSS的天线课程设计报告书

. . . . . 图1：微带天线的结构 一、 实验目的 ●利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线。 ◆微带天线要求：工作频率为2.5GHz ，带宽 (回波损耗S11<-10dB)大于5%。 ●在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。 二、 实验原理 1、微带天线简介 微带天线的概念首先是由Deschamps 于1953年提出来的，经过20年左右的发展，Munson 和Howell 于20世纪70年代初期制造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。 图1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数 包括辐射源的长度L 、辐射源的 宽度W 、介质层的厚度h 、介质 的相对介电常数r ε和损耗正切 δtan 、 介质层的长度LG 和宽度WG 。图1所示的微带贴片天线是采用微带天线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线街头的心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。 对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能，矩形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度L 方向上有2/g λ的改变，而在宽度W 方向上保持不变，如图2（a ）所示，在长度L 方向上可以看做成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W 方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。从图2（b ）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小相等、方向相反，平行电场分量大小相等，方向相反；因此，远区辐射电场垂直分量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。

超高频rfid读写器技术方案

健新科技JX-PU2902多功能RFID读写笔配合智能手机、智能平板等各类型终端，实现RFID 智能识别功能和智能移动终端功能的完美结合，轻松实现各行业资产盘点、智能巡检、人员物资管理等移动互联网应用。 ◆手写笔设计：纳米超纤触控笔头，手写笔外形设计，可作为触控笔使用； ◆RFID空口协议：EPCglobal UHF Class 1 Gen 2、ISO18000-6C、ISO 18000-6B ◆操作简单：两个按键即可实现所有操作功能 ◆状态指示：设备状态通过两组7色LED灯显示，清晰明了 ◆蓝牙4.0：内置蓝牙4.0模块，可与所有具备蓝牙功能的终端进行通信连接，所有具 备蓝牙功能的智能终端均可作为采集终端 ◆内置锂电池：内置350mAh锂电池，支持USB充电 一、技术指标 二、健新RFID读写笔产品优点 三、基于RFID读写笔的系统应用 四、应用系统的优点： 五、典型应用： 在某品牌空调外壳中嵌入超高频RFID标签，售后维修通过扫描空调RFID标签获得准确的产品信息，防止售后维修点虚假维修报账。 4S店车辆库存盘点：在一个区域的某类汽车品牌4S店管理中，采用超高频RFID 标签对车辆进行定位，采用RFID蓝牙读写笔对各4S店的车辆进行盘点，防止各 4S店之间库存车辆相互串货。 电力资产管理：在某电网公司，采用超高频RFID标签对资产进行标识， 使用RFID蓝牙读写笔及平板电脑对电力资产设备进行盘点，解决高压设备的远距离识别问题。 行业应用 电力：变电所、变压器、高压铁塔、线杆、高压线路、发电厂、电能表读数、安全用具巡检巡更 石油：输油管道、天然气管道、油罐库区、油田油井设施巡检巡更 铁路：路基、路轨、桥梁、水电、机车、库房、候车大厅、乘警巡逻巡检巡更 电信：光缆、电话线路、电话亭、线杆、发射机站巡检巡更 公安：巡警、交警、警车、岗哨、狱警巡逻巡检巡更 军队：边防、岗哨、弹药库、军需库巡逻巡检巡更 粮库：防火、防水、防虫、温度、湿度控制巡检巡更 林业：森林防火、森警巡逻、动植物保护、防猎巡检巡更 矿业：煤矿井下安全、井上设施、车辆、煤场巡检巡更 医院：护士查房、人员考核、保安巡逻巡检巡更 邮政：邮箱、库房、趟车的频次/时限管理巡检巡更

基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

.. .. .. 矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的：运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真 实验容：矩形微带天线仿真：工作频率7.55GHz 天线结构尺寸如表所示： 名称起点尺寸类型材料 Sub -14.05，-16，0 28.1，32，0.794 Box Rogers 5880 （tm）GND -14.05，-16，-0.05 28.1，32，0.05 Box pec Patch -6.225，-8，0.794 12.45 , 16, 0.05 Box pec MSLine -3.1125，-8，0.794 2.49 , -8 , 0.05 Box pec Port -3.1125，-16，-0.05 2.49 ,0, 0.894 Rectangle Air -40，-40，-20 80，80，40 Box Vacumn 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 （1）、菜单栏File>>save as,输入0841，点击保存。 （2）. 设置激励终端求解方式：菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ，点击OK。

（3）、设置模型单位：3D Modeler>Units选择mm ，点击OK。 （4）、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options,勾选”Edit properties of new pri”, 点击OK。 二、建立微带天线模型 (1)、插入模型设计 （2）、重命名

输入0841 (3)点击创建GND,起始点：x:-14.05，y:-16，z:-0.05，dx:28.1,dy:32,dz:0.05 修改名称为GND, 修改材料属性为 pec， (4)介质基片：点击，：x:-14.05，y:-16，z:0。dx: 28.1，dy: 32，dz: 0.794， 修 改名称为Sub，修改材料属性为Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色，透明度0.4。

微带天线仿真设计(5)讲解

太原理工大学现代科技学院 微波技术与天线课程设计 设计题目：微带天线仿真设计（5） 专业班级 学号 姓名 指导老师

专业班级 学号 姓名 成绩 设计题目：微带天线仿真设计（5） 一、设计目的： 通过仿真了解微带天线设计 二、设计原理： 1、微带天线的结构 微带天线是由一块厚度远小于波长的介质板（成为介质基片）和（用印刷电路或微波集成技术）覆盖在他的两面上的金属片构成的，其中完全覆盖介质板一片称为接触板，而尺寸可以和波长想比拟的另一片称为辐射元。 微带天线的馈电方式分为两种，如图所示。一种是侧面馈电，也就是馈电网络与辐射元刻制在同一表面；另一种是底馈，就是以同轴线的外导体直接与接地板相连，内导体穿过接地板和介质基片与辐射元相接。 微带天线的馈电 （a ）侧馈 （b ）底馈 2、微带天线的辐射原理 用传输线模分析法介绍矩形微带天线的辐射原理。矩形贴片天线如图： … …………… …… …… …… … …装 …… …… …… …… … …… …… …… 订… …… … …… …… …… …… …… … …线 …… …… …… …… … …… …… ……

设辐射元的长为L，宽为ω，介质基片的厚度为h。现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路，根据微带传输线的理论，由于基片厚度h<<λ，场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下，场沿宽度ω方向也没有变化，而仅在长度方向（L≈λ/2)有变化。在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同向叠加，而两垂直分量所产生的场反相相消。因此，两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙，缝的电场方向与长边垂直，并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h，长度为ω，两缝间距为L≈λ/2。这就是说，微带天线的辐射可以等效为有两个缝隙所组成的二元阵列。 经过查阅资料，可以知道微带天线的波瓣较宽，方向系数较低，这正是微带天线的缺点，除此之外，微带天线的缺点还有频带窄、损耗大、交叉极化大、单个微带天线的功率容量小等.在这个课设中，借助EDA仿真软件Ansoft HFSS进行设计和仿真。Ansoft公司推出的基于电磁场有限元方法（FEM）的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件，Ansoft HFSS 以其无与伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，稳定成熟的自适应网格剖分技术，使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，并已广泛应用于航

超高频rfid读写器技术方案

RFID 如有帮助，欢迎下载支持 健新科技JX-PU2902多功能RFID 读写笔配合智能手机、智能平板等各类型终端，实现 智能识别功能和智能移动终端功能的完美结合，轻松实现各行业资产盘点、智能巡检、人员 物资管理等移动互联网应用。 手写笔设计：纳米超纤触控笔头，手写笔外形设计，可作为触控笔使用； RFID 空口协议：EPCglobal UHF Class 1 Gen 2、IS018000-6C ISO 18000-6B 操作简单：两个按键即可实现所有操作功能 状态指示：设备状态通过两组 7色LED 灯显示，清晰明了 蓝牙4.0 :内置蓝牙4.0模块，可与所有具备蓝牙功能的终端进行通信连接，所有具 备蓝牙功能的智能终端均可作为采集终端 内置锂电池：内置350mAh fi 电池，支持USB 充电 一、 技术指标 二、 健新RFID 读写笔产品优点 三、 基于RFID 读写笔的系统应用 四、 应用系统的优点： 五、 典型应用： 在某品牌空调外壳中嵌入超高频 RFID 标签，售后维修通过扫描空调 RFID 标签获得准确的产 品信息，防止售后维修点虚假维修报账。 4S 店车辆库存盘点：在一个区域的某类汽车品牌 4S 店管理中，采用超高频 RFID 标签对车辆进行定位，采用 RFID 蓝牙读写笔对各 4S 店的车辆进行盘点，防止各 4S 店之间库存车辆相互串货。 电力资产管理：在某电网公司，采用超高频RFID 标签对资产进行标识， 使用 RFID 蓝牙读写笔及平板电脑对电力资产设备进行盘点，解决高压 设备的远距 离识别问题。 行业应用 电力： 变电所、变压器、高压铁塔、线杆、高压线路、发电厂、电能表读数、安全用具 巡检巡更 石油： 输油管道、天然气管道、 油罐库区、 油田油井设施巡检巡更 铁路： 路基、路轨、桥梁、水电、机车、库房、候车大厅、乘警巡逻巡检巡更 电信： 光缆、电话线路、电话亭、线杆、发射机站巡检巡更 公安： 巡警、交警、警车、岗哨、狱警巡逻巡检巡更 军队： 边防、岗哨、弹药库、军需库巡逻巡检巡更 粮库： 防火、防水、防虫、温度、湿度控制巡检巡更 林业： 森林防火、森警巡逻、动植物保护、防猎巡检巡更 矿业： 煤矿井下安全、井上设施、车辆、煤场巡检巡更 医院： 护士查房、人员考核、保安巡逻巡检巡更 邮政： 邮箱、库房、趟车的频次/时限管理巡检巡更

实验一：微带天线的设计与仿真

实验一：微带天线的设计与仿真 一、实验步骤、仿真结果分析及优化 1、原理分析： 本微带天线采用矩形微带贴片来进行设计。 假设要设计一个在2.5GHz 附近工作的微带天线。我采用的介质基片， εr= 9.8, h=1.27mm 。理由是它的介电系数和厚度适中，在2.5GHz 附近能达到较高的天线效率。并且带宽相对较高。 由公式：2 /1212-?? ? ??+= r r f c W ε=25.82mm 贴片宽度经计算为25.82mm 。 2 /1121212 1-?? ? ?? +-+ += w h r r e εεε=8.889； ()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=?h w h w h l e e εε ?l=0.543mm ； 可以得到矩形贴片长度为： l f c L e r ?-= 22ε=18.08mm 馈电点距上边角的距离z 计算如下： ) 2( cos 2 ) (cos 2)(5010 22z R z G z Y e r in ?===λεπβ 2 20 90W R r λ= （0λ<

计算结果：在这类介质板上，2.5GHz 时候50Ω传输线的宽度为1.212mm 。 2、计算 基于ADS 系统的一个比较大的弱点：计算仿真速度慢。特别是在layout 下的速度令人 无法承受，所以先在sonnet 下来进行初步快速仿真。判断计算值是否能符合事实。 sonnet 中的仿真电路图如下： S11图象如下： 可见，按照公式计算出来的数据大致符合事实上模拟出来的结果。但是发现中心频率发生了偏移，这主要是由于公式中很多的近似引起的。主要的近似是下面公式引起 2 20 90W R r λ= （0λ<

微波天线课程设计56GHz微带天线设计不同切角

课程设计 课程名称：微波技术与天线微带天线设计（不同切角）课设题目： 博学馆机房实验地点： 电信1201班专业班级： 2012001422 学号： 学生姓名： 指导教师：李鸿鹰

日月年2015 7 4 课程设计任务书 注：课程设计完成后，学生提交的归档文件应按，封面—任务书—说明书—图纸

指导教师签名日期：2015-6-10 ： 一、设计题目： 微带天线仿真设计（不同切角贴片设计） 二、设计目的： 通过仿真了解微带天线设计，基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上设计一个矩形贴片天线，分析其远区辐射场特性以及S曲线。 三、设计原理： 矩形贴片是微带贴片天线最基本的模型，本设计就是基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上，设计一个右手圆极化矩形贴片天线，其工作频率为5.6GHz，分析其远区辐射场特性以及S曲线。

矩形贴片天线示意图 四、贴片天线仿真步骤 1、建立新的工程 运行HFSS，点击菜单栏中的Project>Insert HFSS Dessign，建立一个新的工程。 2、设置求解类型 （1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type。 （2）在弹出的Solution Type窗口中 （a）选择Driven Modal。 （b）点击OK按钮。 3. 设置模型单位 将创建模型中的单位设置为毫米。 （1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units。 （2）设置模型单位： （a）在设置单位窗口中选择：mm。 （b）点击OK按钮。 4、创建微带天线模型 （1）创建地板GroundPlane。在菜单栏中点击Draw>Rectangle,创建矩形模型。在坐标输入栏中输：dZ，90：dY，90：dX按回车键。在坐标输入栏中输入长、宽：0：Z，-45：Y，-45：X入起始点的坐标： 0按回车键。在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为GroundPlane。（2）为GroundPlane设置理想金属边界。在菜单栏中点击Edit>Select>By Name。在对话框中

进步RFID读写器的读取效果的解决办法

、管路敷设技术，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接、电气课件中调试下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进、电气设备调试高中资料试卷技术卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试

通过管线不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大

对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行 高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用电力保护装置

可以看出，在零中频接收模拟输出除了所需要的标签回传数据外，数据帧同步头还混杂了直流偏移干扰以及高频噪声．由于距离较远，有用信号的p-p 值仅有110，波形畸变严重，信噪比较差。 经过CIC 及带通滤波，可以得到图4所示的曲线，此时滤波器去除了混杂的噪声，波 形变得比较圆滑整齐，能够较容易的分辨出数据帧的同步头和数据位．图中同时显示了过零检测的解码曲线(位于图形下方，方波上边标注的是过零检测的0和1及其样本点数量；下方标注解码结果。2B4 ：0，表示第2字节的第4位解码为0)，该算法在横轴坐标240左边出现了解码判决错误(1B5：1，码元0被判决为1)，表明处理畸变干扰能力有限。 图4 直接过零检测解码的效果 同时采用直流偏移校正和相干检测方法对同一个数据进行处理，得到的曲线及效果参见图5。解码结果波形显示算法改善了同步头的解码效果。同时，横轴坐标240左边被正确的解码(1B5：0)，证明了该算法在远距离标签返回信号幅度比较小或者标签信号中值波动的情况下，仍然可以正确获得EPC 数据。 图5 直流偏移校正及相干检测解码的效果 5 结论 本文通过分析零中频架构超高频RFID 读写器数字接收机设计中的性能瓶颈，明确了影响接收性能的噪声干扰、直流偏移及解码问题的成因及解决思路．从基带数字信号处理角度，在过采样滤波处理基础上，给出直流偏移校正和相关解码等解决办法．经过测试验证 、管路敷设技术通过管线不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行 高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况 ，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。

基于FPGA的超高频RFID读写器设计

基于FPGA的超高频RFID读写器设计 [日期：2008-10-9 17:48:00] 作者：未知来源：射频识别技术(RFID)是利用射频方式进行远距离通信以达到物品识别目的，可用来追踪和管理几 乎所有物理对象在工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、防伪等众多领域，甚至军事用途都 具有广泛的应用前景，并且引起了广泛的关注 1 引言 RFID系统一般包括读写器和电子标签(或称应答器)2个部分RFID电子标签(Tag)由芯片与天线(Antenna)组成，每个标签具有惟一的电子编码标签附在物体上以标识目标对象RFID读写器(Reader)的主要任务是控制射频模块向标签发射读写信号，并接收标签的应答对标签信息进行解码，并将信息传输到主机以供处理根据应用的不同，阅读器可以是手持式或固定式本文重点介绍的就是读写器的开发 EPC规范已经颁布第一代规范规范把标签细分为Class 0，Class 1，Class 2三种其中Class 0和Class 1标签都是一次写入多次读取标签，Class 0标签只能由厂商写入信息，用户无法修改，因而又称为只读标签，主要用于供应链管理)Class 1则提供了更多的灵活性，信息可由用户写入一次Class 0和Class 1标签采用不同的空中接口标准进行通信，因此两类标签不能互操作Class 2标签具备多次写入能力，并增加了部分存储空间用于存储用户的附加数据Class 2标签允许加入安全与访问控制、感知网络和Ad Hoc网络等功能支持目前EPCglobal正在制定第二代标签标准，即UHF Class l Generation 2(C1G2)C1G2具有随时更新标签内容的能力，保证标签始终保存最新信息EPC规范 l_0版本包括EPC Tag数据规范、Class 0(900 MHz)标签规范、C1ass 1(13．56 MHz)标签接口规范、Class l(860～930 MHz)标签射频与逻辑通讯接口规范、物理标识语言(PhysicalMarkup Language，PML) 本文重点介绍EPC Class 1读写器系统设计、数字部分设计及FPGA在数字实现上的应用由于U 频段RFID技术的应用还处在早期的发展阶段，符合EPCClass 1协议的读写器在国内还没有相关产品面世本文对相关开发有一定的参考价值 2 EPC Class lb系统设计 一个完整的RFID系统包括：读写器、天线、标签和PC机读写器完成对标签(Tag)的读写操作通过RS 232或RS 485总线完成PC机的命令接收和EPC卡号的上传图l是读写器的系统组成框图读写器组成包括与PC机的串口通信部分、单片机和FPGA组成的数字部分、射频部分RF单元实现和标签的通信，数字部分完成对射频部分的控制、回波命令解析PC机接收卡号实现上位机的控制下面对

微带天线课程设计报告

课程设计报告 课设名称：微波技术与天线课设题目：微带天线仿真设计课设地点：跨越机房 专业班级：学号： 学生姓名： 指导教师： 2012年 6 月 23 日

一、设计要求： 矩形贴片是微带贴片天线最基本的模型，本设计就是基于微带贴片天线基础理论以及熟练掌握HFSS10仿真软件基础上，设计一个右手圆极化矩形贴片天线，其工作频率为2.45GHz，分析其远区辐射场特性以及S曲线。 矩形贴片天线示意图 二、设计目的： 1.理解和掌握微带天线的设计原理 2.选定微带天线的参数：工作频率、介质基片厚度、贴片模型及馈电点位置 3.创建工程并根据设计尺寸参数指标绘制微带天线HFSS模型 4.保存工程后设定边界条件、求解扫描频率，生成S参数曲线和方向图 5.观察对比不同尺寸参数的微带天线的仿真结果，并分析它们对性能的影响 三、实验原理： 用传输线模分析法介绍它的辐射原理。。 设辐射元的长为L，宽为ω，介质基片的厚度为h。现将辐射元、介质基片和接地板视为一段长为L的微带传输线，在传输线的两端断开形成开路，根据微带传输线的理论，由于基片厚度h<<λ，场沿h方向均匀分布。在最简单的情况下，场沿宽度ω方向也没有变化，而仅在长度方向（L≈λ/2)有变化。 在开路两端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同向叠加，而两垂直分量所产生的场反相相消。因此，两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙，缝的电场方向与长边垂直，并沿长边ω均匀分布。缝的宽度△L≈h，长度为ω，两缝间距为L≈

HFSS的天线课程设计(20201005041508).docx

一、实验目的 ●利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线。 ◆微带天线要求：工作频率为，带宽( 回波损耗 S11<-10dB)大于 5%。 ● 在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。 二、实验原理 1、微带天线简介 微带天线的概念首先是由 Deschamps于 1953 年提出来的，经过 20 年左右的发展， Munson和 Howell 于 20 世纪 70 年代初期制造出了实际的微带天线。微带天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线通信中。 图1 是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数 包括辐射源的长度L、辐射源的 宽度 W、介质层的厚度 h、介质 的相对介电常数r和损耗正切 tan、介质层的长度LG和宽度 WG。图 1 所示的微带贴片天线是图 1：微带天线的结构 采用微带天线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈 电，也就是将同轴线街头的内心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。 对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能， 形贴片微带天线的工作主模式是TM10模，意味着电场在长度L方向上有 g / 2 矩 的 改变，而在宽度 W方向上保持不变，如图 2（a）所示，在长度 L 方向上可以看做 成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。从图 2（b）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成 垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小 相等、方向相反，平行电场分量大小相等，方向相反；因此，远区辐射电场垂直分 量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。

HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计报告

基于HFSS矩形微带贴片天线的仿真设计 实验目的：运用HFSS的仿真能力对矩形微带天线进行仿真实验内容：矩形微带天线仿真：工作频率 天线结构尺寸如表所示: 一、新建文件、重命名、保存、环境设置。 （1）、菜单栏File?save as,输入Antenna,点击保存。 （2）.设置激励终端求解方式：菜单栏HFSS>Solution type>Driven Termin ，点击OK （3）、设置模型单位：3D Modeler>Units 选择mm,点击OK （4）、菜单栏Tools>>Options>>Modeler Options, 勾选” Edit properties of new pri ” ,点击OK 二、建立微带天线模型 （1）点击三仓U 建GND,起始点：x:0 ，y:0 ，z: ，dx:,dy:32,dz:

(2) 介质基片：点击 ：比，：x:0, y:0 , z:0。dx: , dy: 32 , dz:-, 修改名称为Sub,修改 材料属性为 Rogers RT/Duriod 5880，修改颜色为绿色 点击OK (3) 建立天线模型patch ， 点击^已，x:,y: 8, z:0 ，dx: ，dy: 16 ，dz: 命名为patch ，点击OK (4) 建立天线模型微带线 MSLine 点击’硏，x:,y: 0, ,z: 0 ， dx: ，dy: 8 ，dz:， 命名为MSLine,材料pec,透明度 选中 Patch 和 MSLine,点击 Modeler>Boolean>Unite (5) 、建立端口。创建供设置端口用的矩形，该矩形连接馈线与地 Modeler>Grid Plane>XZ ，或者设置回厂刁冈 习 点击 e ，创建Port 。命名为port 双击 Port 下方 CreatRectangle 输入：起始点：x: ，y: 0，z:-，尺寸：dx: ，dy: 0 ，dz: (6) 、创建 Air 。 点击1 ，x:-5 ，y:-5 ，z:， dx:, dy:42, dz: 修改名字为Air ，透明度. 三、设置边界条件和端口激励。 (1)设置理想金属边界：选择 GND 右击Assign Boundaries>>Pefect E 将理想边界命名为：PerfE_GND ，点击OK (2)、设置边界条件：选择 Port ，点击 Assign Boundaries>>Pefect E 在对话框中将其命名为 PerfE_Patch ，点击0K ，透明度。 修改名称为GND,修改材料属性为pec ,

微波天线课程设计56GHz微带天线设计(不同切角)教材

课程设计 课程名称：微波技术与天线 课设题目：微带天线设计（不同切角） 实验地点：博学馆机房 专业班级：电信1201班 学号：2012001422 学生姓名： 指导教师：李鸿鹰 2015 年7 月 4 日

课程设计任务书 注：课程设计完成后，学生提交的归档文件应按，封面—任务书—说明书—图纸的顺序进 行装订上交（大张图纸不必装订） 指导教师签名： 日期：2015-6-10 专业班级 电信1201 学生姓名 课程名称 微波技术与天线 课程设计 设计名称 微带天线设计 设计周数 1.5周 指导教师 李鸿鹰 设计 任务 主要 设计 参数 1 熟悉HFSS 仿真平台的使用 2 熟悉微带天线的工作原理与设计方法 3 在HFSS 平台上完成如下微带天线的仿真设计 设计要求如下： 频率：5.6GHz 介质：FR4 4 结合同组其他同学的设计结果完成对于该天线结构参数与性能之间关系的探讨 5 在1.5周内完成设计任务 设计内容 设计要求 6.11：分组、任务分配、任务理解 6.12：查阅参考资料，理论上熟悉所设计的器件的工作原理与特性，完成方案设计。 6.15~6.18：熟悉仿真平台的使用，完成在平台上的建模，设置，结果提取与分析，以及验收。 6.19：同组同学结果汇总及讨论 6. 22：设计说明书的撰写 在设计过程中，作为设计小组成员，每位同学要具有团队意识和合作精神，并最终独立完成自己的设计任务。 主要参考 资 料 刘学观，微波技术与天线，西安电子科技大学电出版社，2012 顾继慧，微波技术，科学出版社，2007 李明洋，HFSS 应用设计详解，人民邮电出版社，2010 学生提交 归档文件 1.设计报告 2.工程文件

超高频射频识别系统读写器设计

第28卷　第3期2005年9月　电　子　器　件 Chinese Journal of Electro n Devices 　 Vo l.28No.3 Sep.2005 Design of UHF RFID Interrogator ZH A NG X iao-p eng1,2,ZH U Yun-long1,L UO H ai-bo1 1.S heny ang Institute o f Au tomation,Chinese A cad emy o f S ciences,S henyang110016,China; 2.G radu ate S chool of the Chine se A cad emy o f S ciences,B eij ing100039,China Abstract:UH F RFID system is becom ing more w idespread due to its advantag e,such as fast read-w rite speed,large m em ory,long recog nition distance and simultaneous read-w rite multi-tag.This paper intro-duces the characteristic and structure and principle and r ead-wr ite method of an UHF RFID tag accorded w ith ISO18000-6Standard,and presents the solution of its interr ogator,ex patiates hardw are design of in-terro gator and flow of softw are prog ram.Its has m er its of fast read-w rite speed(single tag64bit/6ms) and hig h reco gnition rate,and long recog nition distance(≥4m)prove out as a result of practical applica-tio n. Keywords:RFID;tag;interrog ato r;UHF EEACC:7210 超高频射频识别系统读写器设计 张晓鹏1,2,朱云龙1,罗海波1 (1.中国科学院沈阳自动化研究所,沈阳110016;2.中国科学院研究生院,北京100039) 摘　要:超高频射频识别系统具有读写速度快、存储容量大、识别距离远和同时读写多个标签等特点,已经在物流等领域得到越来越广泛的应用。介绍了符合I SO18000-6标准的超高频R FID电子标签主要特点、结构、工作原理及读写方法,提出了相应读写器的解决方案,重点阐述了读写器的硬件设计及软件程序流程。实际应用结果表明该读写器读写速度快(单个标签64bit/6ms)、识别率高,识别距离远(≥4m)。 关键词:射频识别;标签;读写器;超高频 中图分类号:TM931 文献标识码:A 文章编号:1005-9490(2005)03-0542-04 射频识别(RFID,Radio Frequency Identifica-tio n)技术是一种新兴的自动识别技术。它是利用无线射频方式进行非接触双向数据通信,以达到目标识别并交换数据的目的。可用来跟踪和管理几乎所有的物理对象,在工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、防伪及军事等众多领域都有广泛的应用前景。按照工作频段的不同,RFID系统还可以分为低频(135kHz以下)、高频(13.56M Hz)、超高频(860～960MHz)和微波(2.4GHz以上)等几类[1～2]。目前大多数RFID系统为低频和高频系统,但超高频(U HF)频段的RFID系统具有操作距离远、通讯速度快、成本低、尺寸小等优点,更适合未来物流、供应链领域的应用,也为实现“物联网”提供了可能。因此超高频RFID系统的发展是当前RFID系统 收稿日期:2005-01-30 基金项目:中科院先进制造基地创新项目(F040210) 作者简介:张晓鹏(1979-),女,硕士研究,研究方向为RFI D软硬件系统及其应用,zhang xp@https://www.wendangku.net/doc/004891603.html,; 朱云龙(1967-),男,研究员,博士生导师,中科院沈阳自动化研究所先进制造技术实验室主任,主要研究方向为CIM S、分布式智能技术、协同制造理论与方法以及SCM/ERP/CRM系统管理软件的开发等; 罗海波(1967-),男,研究员,硕士生导师,主要研究方向为模式识别与图像处理、DSP系统设计、实时信号处理系统。

用ADS设计微带天线

用ADS 设计微带天线 一、原理 本微带天线采用矩形微带贴片来进行设计。 假设要设计一个在2.5GHz 附近工作的微带天线。我采用的介质基片， εr= 9.8, h=1.27mm 。理由是它的介电系数和厚度适中，在2.5GHz 附近能达到较高的天线效率。并且带宽相对较高。 由公式：2 /1212-? ? ? ??+=r r f c W ε=25.82mm 贴片宽度经计算为25.82mm 。 2 /1121212 1-?? ? ?? +-+ += w h r r e εεε=8.889； ()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=?h w h w h l e e εε ?l=0.543mm ； 可以得到矩形贴片长度为： l f c L e r ?-= 22ε=18.08mm 馈电点距上边角的距离z 计算如下： ) 2( cos 2 ) (cos 2)(5010 2 2z R z G z Y e r in ?===λεπβ 2 20 90W R r λ= （0λ<

计算结果：在这类介质板上，2.5GHz时候50Ω传输线的宽度为1.212mm。 二、计算 基于ADS系统的一个比较大的弱点：计算仿真速度慢。特别是在layout下的速度令人无法承受，所以先在sonnet下来进行初步快速仿真。判断计算值是否能符合事实。 sonnet中的仿真电路图如下：

S11图象如下： 可见，按照公式计算出来的数据大致符合事实上模拟出来的结果。但是发现中心频率发生了偏移，这主要是由于公式中很多的近似引起的。主要的近似是下面公式引起 2 20 90W R r λ= （0λ<

基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计

课程设计说明书 题目：基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：

基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计 摘要：通信系统的发展带来了天线行业的勃勃生机，在众多的天线类型中微带天线已成为当前研究的前沿之一，具有广阔的前景与实用意义。特别是微带缝隙天线，以其重量轻、剖面薄、平面结构且易与载体共形，馈电网络可与天线结构一起制成等优点已经引起天线工作者的广泛关注。本文就设计一个中心频率工作为880MHz，相对带宽为B=5％，介质板厚度h=1.6mm，损耗角正切tanδ=0.0018，介电常数为Er=2.3的微带缝隙天线展开研究以及仿真和优化。 关键词：ADS；微带缝隙天线；仿真设计； Design of microstrip slot antenna based on ADS simulation Abstract: Communication system development has brought the antenna the vitality of the industry, in many types of antenna microstrip antenna has become one of the forefront of current research, has broad prospects and practical significance. Microstrip slot antenna, in particular, with its light weight, thin section, flat structure and easy with conformal carrier, feeding the advantages of network can be made with the antenna structure has caused extensive concern of antenna workers. In this paper, the design of a work center frequency is 880 MHZ, relative bandwidth is B = 5%, medium plate thickness h = 1.6 mm, loss tangent tan delta = 0.0018, the dielectric constant of Er = 2.3 microstrip slot antenna study and simulation and optimization. Key words: ADS; Microstrip slot antenna. The simulation design; 学习目的 1. 学习射频电路的理论知识；

HFSS的天线课程设计

基于 HFSS 的天线设计 一、实验目的 ●利用电磁软件Ansoft HFSS 设计一款微带天线。 ◆微带天线要求：工作频率为 2.5GHz，带宽 ( 回波损耗 S11<-10dB)大于 5%。 ● 在仿真实验的帮助下对各种微波元件有个具体形象的了解。 二、实验原理 1、微带天线简介 微带天线的概念首先是由 Deschamps于 1953 年提出来的，经过 20 年左右的 发展， Munson和 Howell 于 20 世纪 70 年代初期制造出了实际的微带天线。微带 天线由于具有质量轻、体积小、易于制造等优点，现今已经广泛应用于个人无线 通信中。 图 1 是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射源、介质层和参考地三部分 组成。与天线性能相关的参数 包括辐射源的长度L、辐射源的 宽度 W、介质层的厚度 h、介质 的相对介电常数r 和损耗正切 tan、介质层的长度 LG和宽度 WG。图 1 所示的微带贴片天线是图1：微带天线的结构 采用微带天线来馈电的，本次将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈 电，也就是将同轴线街头的内心线穿过参考地和介质层与辐射源相连接。 对于矩形贴片微带天线，理论分析时可以采用传输线模型来分析其性能，矩 形贴片微带天线的工作主模式是 TM10模，意味着电场在长度 L 方向上有g / 2 的 改变，而在宽度 W方向上保持不变，如图 2（a）所示，在长度 L 方向上可以看做 成有两个终端开路的缝隙辐射出电磁能量，在宽度W方向的边缘处由于终端开路，所以电压值最大电流值最小。从图 2（b）可以看出，微带线边缘的电场可以分解成 垂直于参考地的分量和平行于参考地的分量两部分，两个边缘的垂直电场分量大小 相等、方向相反，平行电场分量大小相等，方向相反；因此，远区辐射电场垂直分 量相互抵消，辐射电场平行于天线表面。