电子与信息工程毕业论文:基于分形结构的RFID标签天线的设计与分析.doc
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1、 本 科 毕 业 设 计 基于分形结构的 RFID 标签天线的设计与分析 所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘要 通信系统的飞速发展对天线设计提出了越来越高的要求。通信设备的体积不断减小,需要小型化天线;而通信频带不断向多频段 、高频段发展又推动了多频天线和宽带天线的发展。宽带天线可以覆盖很宽的频率范围,使得通信系统不必使用多个天线,可以提高电磁兼容的性能;但是在某些时候又希望有选择地接收所需要频率的信号,防止出现干扰,需要使用多频天线。因此,天线的小型化、多频天线和宽带天线就成为了目前天线研究的重要问题。 分形具有空间填充能力和自相似属
2、性。当把分形的概念用于天线的设计时,就得到了分形天线。分形天线具有小巧、轻便、易于匹配的优点,同时有的还具有多频带、宽频带特性,因此,它特别适合于当前宽带、超宽带通信领域。 本文对分形天线的基本理 论进行了阐述总结,仿真设计了一个二阶的 sierpinski 正方形毯式结构分形天线,了解了 sierpinski 天线的多频带特性,并分别就天线介质基片的厚度、介质的介电常数以及天线馈线点的位置的变化对天线性能的影响做了仿真分析,发现介质基片的厚度增加,天线的带宽和增益有所增大,谐振频率往低频移动;介电常数增大,谐振点也往低频移动,但带宽和增益有所降低;馈线点对天线的影响是在一段范围内的,在该段范
3、围内,天线的性能较为优越。本文就 sierpinski 天线的特性做了微小的仿真研究,以便实际制作应用当中做出理论参考。 关键词: 分形;多频带天线; sierpinski 天线 II ABSTRACT The rapid development of communication system requires more and more on the antennas design. The miniaturization of the communication equipments calls for miniaturized antennas, while the increase o
4、f the communication frequency bands puts forward the development of multi-band and ultra-wideband (UWB) antennas. UWB antennas cover wide frequency range which avoids the communication systems to equip several antennas and they instead decrease the size of the facility and improve the electromagneti
5、c compatibility. Meanwhile, it is demanded sometimes that the antenna can receive signals at appointed frequency points to reduce the interference. Under such circumstances, multi-band antennas can meet this demand. Thus, the research work of the antennas nowadays focuses on the miniaturization, mul
6、ti-band and ultra-wideband characteristics. Fractal has space filling ability and self-similarity ability. When applying the Fractal to the design of antennas, we get the fractal antennas. Fractal antennas have shown the possibility to miniaturize antennas and improve input matching. They can also b
7、e configured to operate effectively at various frequency.So,they are well suited to the development of broad band and super-broad band wireless communications. In this paper, fractal antennas basic theory was expounded summary, the simulation design a second order sierpinski square carpet fractal an
8、tenna, to understand sierpinski antenna multi-band characteristics, and in respect of the antenna dielectric substrate thickness, the medium dielectric constant and the antenna feed point of the change of the position of the antenna performance is simulated analysis, we found increased thickness of
9、dielectric substrate, the antenna bandwidth and gain have increased, the resonant frequency to the low mobility; dielectric constant increases, the resonant point also to the low mobility, but the bandwidth and gain is reduced; feeder point of the antenna is in a range, in the context of the paragra
10、ph, the antennas performance is more superior. In this paper, the characteristics of the antenna made sierpinski small simulation study in order to make them actual production application of theoretical reference. Keywords: fractal; multi-band antenna; sierpinski antenna III 目录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 研究背景
11、与意义 . 1 1.2 RFID 系统及工作原理 . 1 1.2.1 RFID 系统的组成 . 1 1.2.2 RFID 系统的工作原理 . 2 1.3 RFID 天线国内外研究现状 . 2 1.3.1 天线小型化技术 . 3 1.3.2 多频天线技术 . 4 1.3.3 宽带天线技术 . 4 1.4 本文的研究内容和结构 . 6 第 2 章 RFID 天线的理论基础 . 7 2.1 天线的基本原理 . 7 2.1.1 天线的辐射原 理 . 7 2.1.2 天线的分析方法 . 7 2.1.3 天线的馈电技术 . 10 2.2 天线的基本参数 .11 2.2.1 天线的输入阻抗、 方向系数和增益
12、 .11 2.2.2 天线的极化方式和比吸收率 . 12 2.2.3 天线的品质因数和带宽 . 13 第 3 章 分形天线仿真设计与分析 . 15 3.1 分形 . 15 3.1.1 分形的定义 . 15 3.1.2 分形的维数 . 16 3.2 分形天线 . 18 3.2.1 几种常见的分形天线 . 18 3.2.2 分形 天线的小型化及多频带应用 . 21 3.3 分形天线的结构设计 . 22 IV 3.4 分形天线的仿真分析 . 24 3.4.1 介质厚度对天线的影响 . 24 3.4.2 介质介电常数对天线的影响 . 25 3.4.3 同轴馈线点位置对天线的影响 . 29 结论 . 3
13、1 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 32 1 第 1 章 绪论 1.1 研究背景与意义 RFID 是 Radio Frequency Identification 的缩写,即射频识别技术,是通过无线射频方式进行非接触双向数据通信,对目标加以识别并获取相关数据的自 动识别技术 1。 RFID 是近几年发展起来的前沿科技项目。其主要优点是环境适应性强,不受天气环境的影响,可以全天候,无接触地完成自动识别,跟踪和管理,而且具有较强的抗干扰能力。因此世界各国都在大力发展 RFID 技术,该技术被列为 21 世纪十大重要技术之一。 在无线系统中,天线是电磁波的入口和出口。作为接收天线时,它
14、担负着捕获自由空间中的时变电磁场中的能量,并将其转换成时变电流的重要职责。作为发射天线时,它负责将时变电流以电磁波的形式辐射出去。因此,天线性能的好坏直接影响着整个系统的性能。 随着无线通信技术的发展 以及各种通信标准的日益兴起,无线产品功能越来越复杂,一般能够支持多个频段的不同通信标准。无线产品内部的电路也更为复杂,在无线终端设计时预留给天线空间也越来越少,而对天线的功能要求也越来越多。在市场上,无线产品种类繁多,用户在选择产品时有着更多的选择空间。用户对无线产品的要求不仅仅满足于其性能,同时还对产品的外形有着较高的要求。大多数用户趋向于购买体积小、便于携带的无线产品。因此无论是技术还是市场
15、,都要求无线设备往小型化的方向发展。电路的高度集成化可以跟上无线设备小型化的需求,天线的体积往往成为无线产品体积缩 减的“瓶颈”。目前小型化、多频段、宽频带是天线设计的一个重要的发展趋势。 1.2 RFID 系统及工作原理 1.2.1 RFID 系统的组成 一般地,射频识别系统主要由阅读器和电子标签组成 2,为了有效地进行数据的处理,计算机网络和数据管理系统等外围设备也是必不可少的。如图 1.1。 2 图 1.1 RFID 系统的基本组成 (1)阅读器。阅读器是利用射频技术读写电子标签信息的设备。阅读器读出电子标签内的信息可以通过计算机以及网络系统进行管理和信息的传输。 (2)电子标签。电子标
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