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无芯片RFID电子标签的设计【电子类】【无图】

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关键词：: 芯片 rfid 电子标签设计子类

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无芯片RFID电子标签的设计

37页-14000字数+说明书+开题报告+中期报告

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摘要

　　　射频识别（RFID）是一种自动识别技术，具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，该技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品的跟踪与信息共享。标签成本是RFID技术应用和发展的一大瓶颈。基于这一背景，无芯片射频识别以其远距离、高速度和低成本等特点成为当前的热点研究领域。随着技术的发展，射频识别技术应用领域日益扩大，并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。本文针对射频识别标签的应用需求，对无芯片射频识别标签进行了研究。

　　　首先，论述了RFID系统的技术原理，并对无芯片RFID标签的工作原理进行了分析。

　　　其次，本文对无芯片RFID标签的整体结构做了介绍。同时阐述了螺旋谐振器的基本原理。

　　　最后，利用Ansoft HFSS对所建模型进行了仿真，并分析了仿真结果。

关键词：射频识别；电子标签；螺旋谐振器；微带线

1 绪论1

　1.1题目背景1

　1.2研究意义1

　1.3国内外相关研究情况2

　1.4课题研究的主要内容3

　1.5课题拟采用的研究方案4

　1.6课题研究的重点与难点4

　1.7论文的组织结构4

2 RFID技术的基本原理5

　2.1 RFID系统的组成5

　　2.1.1 标签5

　　2.1.2阅读器7

　　2.1.3计算机处理系统7

　2.2无芯片RFID标签的工作原理7

　　2.2.1电磁场基本原理和天线辐射理论7

　　2.2.2 RFID的数据传输原理与信道研究10

　　2.2.3无芯片RFID标签的工作原理与识别距离12

3 螺旋谐振器的设计13

　3.1螺旋谐振器的工作原理15

　3.2谐振器的设计思路16

4 仿真结果与结论分析18

　4.1单一螺旋谐振器的仿真18

　4.2 3个螺旋谐振器级联的仿真22

　　4.2.1编码值为“000”的谐振器结构与仿真结果21

　　4.2.2编码值为“010”的谐振器结构与仿真结果22

　　4.2.3编码值为“101”的谐振器结构与仿真结果23

5 结论25

　5.1设计结论25

　5.2收获与体会25

　5.3不足之处25

参考文献27

致谢27

附录1 硬件实物图31

附录2 硬件实测环境及结果32

　　　首先需要了解一些基本的知识，例如：射频识别的概念以及工作原理、无

芯片电子标签的基本组成、微带线的结构与应用背景、电路设计核心——谐振器的相关参数等。其中微带线是无芯片电子标签中最具特点的一种结构。微带线是指适合制作微波集成电路的平面结构传输线，它具有两方面的作用：1.高频信号进行有效地传输；2.它能与其他固体器件如电感、电容等构成一个匹配网络，使信号输出端与负载很好的匹配。其次就是利用Ansoft HFSS软件进行设计与仿真。其仿真的核心就是微波谐振器。微波谐振器是在微波领域具有储能和选频特性的元件，它相当于低频电路中的振荡回路。

1.5课题拟采用的研究方案

　　　根据题目要求，首先应确定的是微波谐振器的种类。微波谐振器一般有传输线性谐振器和非传输线性谐振器。在本题目中，应选择的谐振器是传输线性谐振器。当确定了谐振器的种类后，再要考虑的就是谐振器的耦合器件—线圈的绕制方法。只有自己认真的了解各种线圈绕制的优缺点，才能找到最适合题目要求的绕制方法。最后，就是将设计好的谐振器级联起来。此时需要考虑的问题就是消除互耦干扰，以便使整个系统能正常的工作。

1.6课题研究的重点与难点

　　　重点在于谐振器的设计。如何设计出满足于要求的谐振单元并能使其稳定的工作是这次设计的重中之重。难点在于消除谐振器之间的互耦干扰。由于设计初步的要求是具有3个谐振器，单元之间的干扰在所难免。怎样才能将互耦干扰降到最低是必须要认真思考才能解决好的。

1.7论文的组织结构

　　　论文共有5个章节构成，主要内容及机构安排如下：

　　　第一章是绪论。简要的论述课题的背景，说明课题的研究意义，并分析了课题研究技术的相关情况。

　　　第二章是RFID技术的组成原理的叙述。主要对RFID系统的组成以及其工作的基本原理做了介绍，另外，重点介绍了无芯片RFID的工作原理。

　　　第三章是螺旋谐振器的设计理论。说明了螺旋谐振器的工作原理以及设计思路。

　　　第四章是仿真结果与实验分析。包括了所有的仿真结果，并通过改变不同的参数来实现结果的不同，以便得到最后的结论。

　　　第五章是结论。主要包括最终结论，设计收获与体会，设计不足以和需要改进的地方。

内容简介：: 毕业设计(论文)开题报告题目：无芯片RFID电子标签的设计系别电子信息系专业通信工程班级姓名学号导师 2012年12月17日1 题目背景、研究意义及国内外相关研究情况1.1 题目背景自动识别技术在人们生活中已经无处不在。条形码凭借其简单、便宜的优点在商场被广泛使用；人们日常生活中常用的信用卡、电话卡等运用了智能卡技术。但是条形码存在信息容量小，需要人工操作，安全性不高等不足；而智能卡要依靠电接触与读写设备传递信息，存在卡片磨损、接触点污染等问题。传统的自动识别技术逐渐无法满足新兴的应用要求。射频识别技术（RFID，Radio Frequency Identification）是一项利用射频信号通过空间耦合进行双向信息传输的自动识别技术。它是一种非接触式自动识别技术，通过射频信号能够自动识别目标对象来获取相关数据，识别工作不需要人工干预，具有防磁、防水、耐高温、存储数据容量大等优点，能够广泛应用于例如不停车收费系统、火车运输监控系统、商品物流管理、流水线制造自动化、门禁安全管理、畜牧管理等要收集和处理数据的应用领域。1.2 研究意义相对于条形码等技术，RFID标签和阅读设备的价格过高。而价格与规模是矛盾的，生产商希望通过扩大规模以降低成本，而更多的用户则在等价格降低后再使用。虽然业界普遍对RFID技术的前景看好，但真正实际投入运行的系统却不多。其中标签的成本是限制RFID技术商业应用能否取得成功的关键。虽然大量的研究工作使芯片RFID标签的成本有所降低，但是普通的芯片RFID标签主要由IC芯片、天线和封装等几部分构成，由于芯片的存在，它的成本还是无法跟自动识别领域的老大哥条形码相竞争。无芯片RFID标签的出现，使标签的批量生产和进一步降低价格成为可能。UHFRFID技术无疑是RFID技术所有频段应用最为广泛、用量最大的领域。本文对UHF频段无芯片RFID标签的研究和设计即是基于这一研究背景。1.3 国内外相关研究情况任何新技术的产生和发展都源于实际的应用，RFID技术也不例外。RFID技术是无线电广播技术和雷达技术的结合。无线电广播技术是一种使用无线电波发射、传播和接收语音、图像、数字、符号的技术，而雷达技术是一种采用无线电波的反射理论的技术。Harry Stockman发表了题为“利用反射功率进行通信一文，奠定了RFID系统的理论基础。在过去的半个多世纪里，RFID技术的发展经历了以下几个阶段：20世纪50年代是RFID技术和应用的探索阶段；60到80年代期间，RFID变成现实，反向散射理论以及其他电子技术的发展为RFID技术的商业应用奠定了基础。同时第一个RFID商业应用系统商业电子防盗系统出现；九十年代末，随着RFID应用的扩大，为了保证RFID设备和系统之间的相互兼容，RFID技术的标准化不断得到发展，同时人们也意识到统一的RFID技术标准化的必然性，EPC Global（全球电子产品代码协会）就应运而生了；进入21世纪初，RFID标准己经初步形成。有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展。电子标签成本不断降低，应用规模和行业不断扩大。2003年11月4日，世界零售业巨头沃尔玛公司宣布，它将采用RFID技术追踪其供应链系统中的商品，并要求其前100大供应商从2005年月起将所有发运到沃尔玛的货盘和外包装箱贴上射频标签。沃尔玛这巨大的举动揭开了RFID在开放系统中运用的序幕。作为21世纪十大重要技术之一，RFID在国外的应用已经越来越普及，新加坡、韩国等国家都明确指出要重点发展射频识别技术及其应用。中国是世界生产中心之一和最具潜力的消费市场，对RFID的应用需求也将越来越强烈。目前中国已经开始尝试在一些领域进行应用。比如佛山市政府安装了RFID系统用于自动收取路桥费，明显地提高了车辆通过率，缓解了公路瓶颈的拥堵。邮政行业正在进行物品传输方面的安全及整体数据模型的应用测试。2012年12月北京琛达射频识别技术有限公司又顺利完成一项远距离RFID身份识别的系统应用。该“自动人员考勤管理系统”是北京琛达射频识别技术有限公司自主设计、研发，旨在为中建钢构某公司提供自动高效、便捷准确的员工出入考勤管理功能，以配合该公司的经营理念，减轻行政部门的劳动强度并提高员工管理效率。当然，RFID技术的发展也面临一些障碍，比如，未形成国内的统一标准，相对于条形码等技术，RFID标签和识读设备的价格过高等。其中最主要的障碍是电子标签的价格。实现射频识别技术在我国成熟、全面的应用将是一个长期的过程，需要我们共同努力。2 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施。2.1 主要内容1、设计一种基于相位编码的无芯片RFID标签。它由三个正方形的微带贴片天线构成，每个天线都加载了开路微带传输线。三个天线有邻近的谐振频率，当受各自的谐振频率激励时，反射回带有不同相位特性的反向散射信号，即完成了对反向散射信号的相位调制。根据反向散射信号不同的相位特性，每一个标签可设计成一个唯一不可变的ID。2、设计一种基于多阻带螺旋滤波器的无芯片RFID标签。它包括一个接收天线，多阻带滤波器和一个发送天线。阅读器发射机发出一个多频信号至标签，无芯片标签中的多阻带滤波器把特定频率的信号变弱，从而创建了频谱，每一个标签拥有唯一的频谱特性也就意味着拥有唯一的ID。3、设计一种基于多谐振偶极子天线的无芯片RFID标签。该标签简化到只有两个天线的结构，一个垂直极化的圆盘单极子天线连接到一个水平极化的多谐振偶极子天线。多谐振偶极子天线取代了3结构中多阻带滤波器和发射天线的作用，使得标签结构更紧凑。2.2 课题拟采用的研究方案根据题目要求，首先应确定的是微波谐振器的种类。微波谐振器一般有传输线性谐振器和非传输线性谐振器。在本题目中，应选择的谐振器是传输线性谐振器。当确定了谐振器的种类后，再要考虑的就是谐振器的耦合器件线圈的绕制方法。只有自己认真的了解各种线圈绕制的优缺点，才能找到最适合题目要求的绕制方法。最后，就是将设计好的谐振器级联起来。此时需要考虑的问题就是消除互耦干扰，以便使整个系统能正常的工作。3 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作。3.1 重点及难点重点在于谐振器的设计。如何设计出满足于要求的谐振单元并能使其稳定的工作是这次设计的重中之重。难点在于消除谐振器之间的互耦干扰。由于设计初步的要求是具有2个谐振器，单元之间的干扰在所难免。怎样才能将互耦干扰降到最低是必须要认真思考才能解决好的。3.2 前期已展开工作(1) 学习了RFID系统的基础理论。如什么是射频识别，其关键技术有哪些；(2) 了解了无芯片RFID的特点，和有芯片RFID系统的区别；(3) 了解了ANSOFT HFSS软件的应用背景；(4) 下载安装ANSOFT HFSS软件并学习使用。4 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第一阶段（1-3周）：毕业设计的前期。应对毕业设计题目的内容有一定认识并完成开题报告；第二阶段（4-10周）：毕业设计的中期。应理解毕业设计的内容并对自己的题目有一些自己的方案和解决办法，同时应熟练掌握软件Ansoft HFSS以便将自己的方案加以仿真；第三阶段（11-18周）：毕业设计的后期。应完全掌握并理解自己所设计的内容并完成最终的毕业设计报告和毕业答辩。5 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）。指导教师：年月日6 所在系审查意见：系主管领导：年月日参考文献1 RFID的现状和发展趋势，人民邮电出版社，2007.2 周晓光著，射频识别(RFID)系统设计.仿真与应用，人民邮电出版社，2008.01.3 杨素素.无芯片RFID标签的研究与设计D.硕士学位论文.南京：南京理工大学,20104 王元哲.毛陆红.刘辉等基于参考标签的射频识别定位算法研究与应用J. 通信学报.20105 王晓华.周晓光.射频识别技术及其应用 M .现代电子技术.2005.11. 6 张殿东.无线射频识别（RFID）技术M.电信技术.2005.2.7 单承赣，单玉峰，姚磊著.射频识别（RFID）原理与应用M.电子工业出版社，2008.07.8 董丽华著，RFID技术与应用M.电子工业出版社，2008.05.9 宁焕生，张彦著.RFID与物联网射频，中间件，解析与服务M.电子工业出版社，2008.04.10 游战清,李苏剑著.线射频识别技术(RFID)理论与应用M电子工业出版社，2004.11 李元钟著.射频识别技术及其在交通领域的应用M.电讯技术，2002.12 王宏.PLC及PC与RFID射频识别读写器串行通讯实现M.微计算机信息,2003.13 Klause Finkenzeller.射频识别(RFID) 技术M. 电子工业出版社,2001.14 K. Finkenzeller. RFID Handbook - 2nd Edition M. 2003.15 U. Kaiser, W. Steinhagen. The development and desi

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