采用四臂螺旋结构的紧凑圆极化RFID读卡天线

提出了一种紧凑新型平面四臂螺旋天线,用于满足超高频(UHF)频段射频识别(RFID)阅读器小型圆极化的设计要求.天线由印制在FR4介质板的4个倒F阵元组成,通过对阵元的折叠及连续相位旋转法布阵,可以有效的减小天线的尺寸;采用改进的微带功分馈电网络及新的耦合匹配方法,提高了圆极化天线的轴比带宽和增益.天线尺寸为56 mm×56 mm×8 mm,在保持相当性能的同时,设计天线与相关参考文献设计天线相比,面积降低12.9％到86.1％.测试结果显示S11＜-10 dB覆盖870～950 MHz频段,仿真结果显示带内轴比＜2 dB,峰值增益为2.8 dB,波束宽度＞120°,交叉极化＜-15 dB.     

多标签环境下RFID系统的受限链路

密集布放标签时,UHF RFID 标签之间存在耦合,导致系统性能的下降。标签接收到的阅读器发射功率小于耦合标签的激活功率,或者阅读器接收不到标签的反射信号,阅读器和标签之间不能正常通信。本文首先从理论上推导出了标签耦合时前后向链路的性能,并仿真了标签耦合时的增益以及散射面积等因素,然后用前后向链路最大读取距离比值法分析判断出了 RFID 的受限链路,最后用天线探针的实验方法证明了结论。该结论对阅读器天线的选取、正确摆放标签的位置以及提高 RFID 系统的读取性能有着重要意义。     

共形于石油管套壁的UHF频段RFID抗金属标签天线设计

设计并制作测试了一款半环形平面倒F(PIFA)结构的抗金属超高频射频识别(UHF RFID)电子标签天线.分析了电感耦合馈电结构中馈电环的大小和馈电环和辐射体之间的距离对标签天线阻抗的影响.研究表明,随着馈电环尺寸增大,阻抗逐渐减小;随着馈电环和辐射体之间的距离增大,阻抗逐渐增大.根据仿真结果确定了标签天线的各个参数值,进而制作标签天线.分析测试了实物的阻抗及最大读取距离.阻抗的测试值在915 MHz下为(17.8+186j)Ω,与仿真值(18.1+182j)Ω吻合较好,标签的最大读取距离为4.2 m,接近于理论数据5.7 m.实测值S11<-3 dB的频带范围约为885～933 MHz,可以同时应用于中国UHF RFID的频段920～925 MHz以及北美UHF RFID的频段902～928 MHz,符合应用要求.     

一种长距离LF RFID阅读器前端电路的构型分析

基于EM4100和EM4026型标签芯片.提出了一种长距离LF RFID阅读器前端功放电路与天线负载电路的设计构型.采用ADS仿真工具对该构型的优点和特点进行了分析.通过实验对分析的结果进行了验证.作为阅读器电路的一个关键组成部分,该构型能够满足长距离LF RFID阅读器标签读取的要求.     

加载极化扭转人工磁导体的双频圆极化天线

为减少多径损耗、抗极化失配,同时满足无线设备对多频段的需求,设计了一款加载极化扭转人工磁导体的双频圆极化 天线。 极化扭转人工磁导体采用双层结构增加了相位响应,使用矩形环延长电流路径,矩形环中加入圆角和截断的矩形贴片结 构引起表面阻抗不平衡性,实现了在 2. 45 GHz 和 5. 8 GHz 频段内高效的极化转换。 在双频单极子天线下方加载极化扭转人工 磁导体,利用 90°极化旋转效应实现了在低频段左旋圆极化和高频段右旋圆极化。 仿真和实验结果表明:设计天线的工作带宽 分别为 2. 2~ 2. 58 GHz 和 3. 5~ 6 GHz,3dB 轴比带宽分别为 2. 3~ 2. 56 GHz 和 5. 6~ 6. 2 GHz,峰值增益分别为 16. 8 和 7. 5 dBic。 实验结果证实了采用极化扭转人工磁导体可以降低双频圆极化天线的复杂度。     

UHF Passive RFID标签最大阅读距离的研究

特定的RFID阅读器与标签之间的最大阅读距离是衡量标签性能的一个重要因素。首先介绍了RFID工作原理,同时介绍本文所要研究的无源UHF RFID系统。在前向链路方向,根据福利斯空间公式推出标签最大阅读距离的理论公式,并且用MATLAB软件仿真了功率传输系数、标签工作频率与阅读距离之间的关系,然后分析得到了后向链路方向阅读器所能接收到的反向散射能量的公式,通过代入实际数据证实了最大阅读距离公式的理论上的可靠性。在此基础上,搭建一个实际的测量最大距离的实验平台,从而通过实际试验验证推出的理论计算公式的准确性程度的确是比较高的,最后又根据推导出来的的最大阅读距离公式,从标签和阅读器2个方面分析了影响最大阅读距离的因素和提高最大阅读距离的方法。研究对象是超高频(UHF)(902～928MHz)的无源RFID系统,阅读器与标签的天线都是线极化单天线。     

MIMO-RFID系统反向识别距离研究

超高频(UHF)射频识别系统(RFID)读取可靠性受多径信道制约,而多天线分集技术(MIMO)被认为能有效提高其链路可靠性。不同于一般的无线通信系统,UHF RFID反向链路是两个多径信道的级联,本文基于最大比合并(MRC)准则,分阅读器单站和双站天线情形,导出了Nakagami-m多径信道下单天线(SISO)与多天线(MIMO)RFID系统反向识别距离(RIR)均值的解析表达式,并通过数值仿真和实际测试研究了相关因素对RIR均值的影响。实验结果表明:MIMO技术能有效提高多径信道下UHF RFID系统的反向识别距离,并且阵列天线数越多、信道相关系数越小、信道衰落参数m越大,RIR均值将越高。     

柔性Co2Z铁氧体基板对UHF-RFID标签天线抗金属特性的影响

针对UHF-RFID标签天线在金属环境下镜像电流产生的电磁场与入射波相消，导致天线谐振频点偏移而无法正常读取的问题，利用Co₂Z铁氧体在UHF频段高磁导率、低介电/磁损耗的特性，采用在柔性天线基板中填充Co₂Z铁氧体的方法设计抗金属天线。通过改变电磁场传播方向的方式以削减金属表面反射波与入射波的相消作用，进而减小天线回波S11参数吸收峰频率偏移。仿真结果表明：采用Co₂Z铁氧体作为天线柔性基板的填充材料，天线谐振频点移至904 MHz，并提升工作带宽至350 MHz，有效消除金属环境对天线的不利影响。     

宽频带的微带等角螺旋天线设计

为了实现宽频带天线指定方向的高性能辐射，设计了一种宽频带的微带等角螺旋天线。为实现阻抗匹配，天线馈电部分设计了一种指数渐变式微带巴伦结构。经过实物测试参数，结果表明加入了指数渐变巴伦结构后天线实现了良好的阻抗匹配并具有良好的宽频带特性，其工作带宽为1.74～4.82 GHz，回波损耗最低达- 30 dB。同时设计了一个平底型金属反射腔用于反射背向电磁波，在保持宽频带工作特性的同时，使天线具有了良好的单向辐射特性，天线在整个工作频段内的增益均大于6 dB，与传统的螺旋天线相比，具有宽频、定向、高增益的特点，具有一定应用前景。     

UHF RFID密集标签互耦效应的频移特性研究

针对U H F RFID密集环境下标签性能受互耦效应影响的问题,从天线阻抗频移特性的角度对标签间互耦效应进行研究。首先基于电感耦合型标签天线的结构和电路模型,分析带有弯折辐射体结构的标签天线互相耦合时阻抗的频率特性,并通过仿真计算验证了天线阻抗向低频偏移的结论。进一步结合理论和仿真数据分析互耦效应的频率特性,得出天线阻抗的频率偏移导致目标标签的功率传输系数也相应地向低频偏移的结论,从而导致标签的读取性能不稳定。结论对密集标签的性能研究具有指导意义。     

基于LabVIEW的UHF RFID射频识别系统的设计

针对目前市场流行的超高频RFID识别系统成本高、制作方法复杂等问题,提出了一种基于射频读写专用芯片MagicRF M100的兼容国际标准ISO/IEC 18000-6C和EPC Class-1 Generation-2协议的UHF RFID读写器的设计方案,详细阐述了读写器的工作原理,并相应地介绍了系统软硬件设计中比较重要的部分,经测试,系统可实现对电子标签的读写、灭活等操作.并且在2dBi陶瓷天线的增益下,读写器识别距离较为理想.同时,设计基于LabVIEW的射频识别系统上位机,可以实现与下位机的数据通信、标签的EPC及RSSI等数据的可视化以及对读写器相关参数进行设置等功能.     

Adaptive Power Control Protocol With Hardware Implementation for Wireless Sensor and RFID Reader Networks

The development and deployment of radio frequency identification (RFID) systems render a novel distributed sensor network which enhances visibility into manufacturing processes. In RFID systems, the detection range and read rates will suffer from interference among high-power reading devices. This problem grows severely and degrades system performance in dense RFID networks. Consequently, medium access protocols (MAC) protocols are needed for such networks to assess and provide access to the channel so that tags can be read accurately. In this paper, we investigate a suite of feasible power control schemes to ensure overall coverage area of the system while maintaining a desired read rate. The power control scheme and MAC protocol dynamically adjust the RFID reader power output in response to the interference level seen during tag reading and acceptable signal-to-noise ratio (SNR). We present novel distributed adaptive power control (DAPC) as a possible solution. A suitable back off scheme is also added with DAPC to improve coverage. A generic UHF wireless testbed is built using UMR/SLU GEN4-SSN for implementing the protocol. Both the methodology and hardware implementation of the schemes are presented, compared, and discussed. The results of hardware implementation illustrate that the protocol performs satisfactorily as expected.     

面向电力智能表计资产管理的UHF RFID读写器研究

面向电力智能表计资产管理,研发了新型的UHF RFID读写器。研究改进了定向耦合器法,以解决读写器载波泄漏问题;提出了电力智能表计专用读写器FH-Q选择防碰撞算法。利用端口失配效应提高定向耦合器隔离度,并结合自适应调谐网络降低天线反射功率的方法,减少泄漏载波,提高读取效率;FH-Q选择算法在对常规的DFSA防碰撞算法进行优化的基础上,利用频繁跳频的方法防止干扰,解决了读写器在电能表复杂金属电磁环境中的多标签碰撞问题和快速批量识别问题。     

GIS局部放电外置超高频检测系统

研制了宽带和窄带两种超高频外置天线传感器,两种传感器增益均大于1,驻波比在其有效带宽范围内均小于2,均能用于GIS局部放电超高频检测。设计了高性能放大器和半分布参数超高频滤波器,工作频带为300～1000MHz,完全覆盖了两种传感器的工作频带。性能测试表明,传感器和滤波放大器性能优良,频率匹配,能满足超高频信号检测预处理的要求。通过对绝缘子表面金属污染缺陷产生的局部放电信号进行检测研究表明,超高频检测系统能够检测到超高频段微弱的局部放电信号,并能抑制低频段干扰,为后续模式识别的研究打下了基础。     

UHF RFID温度标签的研究及其在开关柜温度监测系统中的应用

针对开关柜高温故障问题,分析了现有开关柜温度检测方法存在的不足。通过研究标签的结构和天线特性,设计了一种柔性抗金属UHF RFID温度标签,并以该温度标签为基础,设计了超高频阅读器、无线中继器及系统软件,搭建了开关柜温度监测系统。系统在冀北张家口供电公司赵川220 k V变电站实验验证,证明了系统可以根据温度标签的EPC编码精准定位被测点、温度标签无电池或爬电安全隐患且能真实反应被测点温度,系统具有复制统推意义。     

900 MHZ radio‐frequency identification rectifier with optimization and reusing of electro‐static discharges protections in 180 nm digital CMOS technology

Sensitivity and electro‐static discharges (ESD) protection level are crucial parameters for any Ultra High‐Frequency (UHF) power rectifier–harvester designed for radio‐frequency identification (RFID) devices. While sensitivity limits the reading range of the interrogator‐to‐tag communication link, the requirement for an adequate protection against ESD is enforced in commercial devices connected to a printed antenna. Both resistive and capacitive parasitics of the protection circuits severely affect RF performance of the device. In the paper, a rectifier for UHF RFID embedding an ESD protection for 2 kV human‐body discharge model (HBM) level is proposed. The target of a low added parasitic capacitance is achieved by adapting the protection circuit to the RFID rectifier and reusing the ESD clamp for additional functions being mandatory in a UHF RFID front end. The layout of the ESD clamp has been optimized for minimum parasitic resistance without sacrificing the protection level. Two UHF harvesters were implemented in a 180 nm digital complementary metal‐oxide semiconductor (CMOS) technology, featuring a minimum sensitivity of ?15.5 dBm with an ESD protection level of 2 kV HBM. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.