无源UHF RFID应答器天线以及射频匹配网络设计

摘要

作为一项新兴的自动识别技术，无线射频识别技术被喻为21世纪最具革命性意义的无线通信技术之一。它基于射频信号的空间耦合原理和电磁场的传输特性，通过无线信号进行双向通信，自动识别目标物体并提取相关信息。无线射频识别技术系统分为低频、高频、超高频、微波等四个工作频段。目前最被看好的超高频段是未来商用市场规模最大的频段，也是技术上最难实现的频段。无线射频系统又可分为有源系统、无源系统和半有源系统，本文主要关注的是超高频无源RFID应答器技术的研究。 在超高频段的无源RFID应答器的设计中，天线以及天线与应答器芯片的射频匹配问题是应答器设计的重点，决定着整个RFID系统的实际可用性以及读写距离。本文依据ISO/IEC18000-6B标准，对UHF频段(915MHz)天线及电源恢复模块进行了研究，该模块包括天线，射频匹配网络和整流电路。天线设计采用了ADS Momentum软件进行仿真，分别设计了标准偶极子天线，性能优化偶极子天线和弯折(尺寸优化)偶极子天线，并利用测试平台对天线进行了性能测试，在与芯片的Bonding测试后，结果显示天线的方向性、增益、阻抗以及带宽均满足设计要求，优化后的天线可以工作在3米左右，进一步优化则可以满足实际应用的要求。 对于射频匹配网络，本文采取的是L型匹配设计，提出了利用天线的寄生电感Lm，将其推入到L型匹配网络中，通过调整反向散射电路的电容来改变匹配网络的容抗Cm，从而实现ASK调制方式的反向散射。论文研究了一种自动匹配网络，该网络能实现天线与应答器芯片间的自动匹配。论文还研究了芯片模拟前端整流电路，其作用是将从电磁场中获取的能量转化为直流电压，为芯片其它模块供电。本次设计使用Cadence Spectre工具进行仿真并采用Chartered0.35umEEPROM工艺进行流片。流片结果显示天线配合芯片工作正常，具备与阅读器的通讯能力，具有产业化前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章RFID综述

1.1 RFID技术简介

1.2 RFID技术国内外发展现状

1.3 RFID的现行标准

1.4 RFID应答器的分类

1.5 RFID的系统组成

1.5.1阅读器

1.5.2应答器

1.6 RFID工作原理

1.6.1 UHF以及微波频段阅读器工作原理

1.6.2 UHF以及微波频段应答器工作原理

1.7 RFID技术的发展趋势

1.8本文工作

1.8.1研究内容

1.8.2论文的组织结构

第二章RFID天线原理与设计

2.1 RFID天线简述

2.2偶极子天线简介

2.3偶极子天线的基本参数

2.3.1天线的方向特性参数

2.3.2天线的输入阻抗

2.3.3天线的匹配

2.3.4天线增益

2.3.5天线的极化方式

2.3.6天线的工作频率范围(频带宽度)

2.3.7天线载体

2.4本次天线设计实例

2.4.1标准偶极子天线设计

2.4.2天线优化设计

2.4.3天线弯折设计

2.5天线测试平台的研究

第三章UHF REID应答器芯片系统框架研究

3.1 UHF RFID应答器芯片的系统框架

3.1.1 UHF应答器天线

3.1.2射频模拟前端电路模块介绍

3.1.3控制逻辑电路

3.2 UHF RFID应答器芯片验证开发平台研究

第四章应答器天线与电源恢复电路的匹配研究

4.1阻抗匹配理论

4.2阻抗匹配网络研究

4.3自动匹配电路研究

4.3.1传统双栅EEPROM简介

4.3.2单栅EEPROM

4.3.3天线与芯片阻抗匹配自动调节电路

4.4整流电路

4.4.1电荷泵

4.4.2仿真结果

第五章总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢