UHF RFID標簽天線設計、仿真及實踐 ( 簡體 字) |
| 作者：章偉,甘泉 | 類別：1. -> 通信技術 -> 無線通訊 -> RFID |
| 譯者： |
| 出版社：電子工業出版社 |  3dWoo書號： 34031
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| 出版日：10/1/2012 |
| 頁數：204 |
| 光碟數：0 |
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| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787121186714 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：
作為一種新興的短距離無線通信系統，射頻識別（RFID）系統主要由讀寫器、標簽和數據處理系統三部分組成。讀寫器發出的指令通過射頻無線電波射入標簽，觸發標簽反射（無源標簽）或主動發射（有源標簽）載有標簽信息的射頻無線電波反饋給讀寫器，讀寫器接收后通過數據處理系統實現目標識別。RFID的最大魅力在于無線，讀寫器與標簽之間無須有線連接。因此，標簽沒有空間位置和運動狀態的限制，可以任意地擺放和移動，只要求標簽處于讀寫器電波覆蓋的范圍內即可。正是由于RFID所具有的獨有魅力，RFID技術一經出世，就引起了學術界、工業界和政府部門的廣泛關注。目前已廣泛應用于工業自動化、交通運輸控制管理等眾多領域，如自動收費系統、物流商品監控與管理、門禁系統、倉儲管理、產品流水線等。近幾年興起的物聯網概念最早也是基于RFID衍生而來的。
從RFID系統的組成可以看出，RFID技術涉及多門學科，包括通信、數據處理、芯片和射頻技術等。而作為無線系統的“耳目”，天線對于系統的特性、質量、體積和成本起著至關重要的作用。對于讀寫器而言，通常需要天線具有較高的增益，尺寸較大，設計相對復雜，但由于讀寫器數量不大，所處環境相對簡單，因此讀寫器天線相對容易實現，而且性能相對穩定。對于標簽天線而言，要求尺寸小，成本低，雖然標簽很小，就個體而言，似乎“分量”很輕，但由于標簽的數量巨大，其性能與成本對系統的應用實際上有著舉足輕重的作用。RFID系統發展到今天，盡管已經有了不少的成功應用，但大規模的廣泛應用還存在一些問題，其中一個主要的問題就是標簽的成本和性能穩定性。標簽的成本主要來自芯片，而性能主要源于天線。從表面看，標簽天線的結構簡單，但實際上，標簽天線的設計卻不是一件容易的事情，尤其是超高頻（UHF）標簽天線。有三個方面的問題困擾著UHF標簽天線的設計者，一是小型化、多頻段，這是標簽應用所決定的；二是天線直接與輸入阻抗并非50實阻抗的芯片相連接，這與傳統天線的設計是不一樣的；三是標簽往往貼在一些金屬體上或損耗較大的媒質中（如水中），如何在不同材料環境下，保持穩定的性能給標簽天線設計帶來巨大挑戰。
值得欣慰的是，章偉與甘泉所編著的《UHF RFID標簽天線設計、仿真及實踐》一書，恰好為UHF標簽天線的設計提供了指導和參考。本書幾乎涵蓋了UHF標簽天線的所有環節，包括設計、仿真、制作和測試，淺顯易懂，具體明了，非常適合從事標簽天線研究的工程師、高校的高年級本科生、研究生和年輕教師學習和參考。
本書的作者章偉畢業于在天線領域享有盛譽的西安電子科技大學，碩士研究生期間專門從事天線的研究。甘泉畢業于香港科技大學，碩士研究生期間專門從事RFID芯片的研究。現在兩位作者又一同工作于物聯網領域，專門從事RFID方案、標簽及相關產品的研發和銷售。因此，兩位作者既具備良好的理論與設計功底，又具有不錯的實踐經驗。本書的內容來源于作者長期的學習、研究的積累，許多案例都是作者自己的研究成果。因此，相信本書的出版勢必在提高從業人員RFID天線設計水平，普及RFID標簽的應用方面起到積極的作用，更期待本書受到讀者的廣泛歡迎和好評。
華南理工大學教授
天線與射頻技術研究所所長
褚慶昕
2012年8月21日
前 言
物聯網、射頻識別（RFID）幾乎是時下最為熱門的話題。其技術意義特別是對當下快速城市化、工業化的中國來說尤為重要。由于城市化、工業化的快速進程，中國人正逐漸脫離已綿延數千年的“熟人社會”，傳統的道德約束力在這種進程中正在被逐漸削弱。在這歷史的當口，對于工業化浪潮下的物品進行追溯，便顯得尤為重要，而物聯網、RFID等技術為這樣一種追溯和管理提供了技術上的可能。當然，物聯網技術的終極意義存在爭議，特別是對個人隱私的侵害等。但是仍有很多專家相信，這種侵害可以通過其他手段規避，絲毫不會影響其蓬勃的發展及對社會不斷顯現的貢獻。
本書的意義在于，避開RFID系統原理、標準等諸多已經被國外機構所壟斷和固化的內容（這些內容絕大部分可以在已公布的技術標準及IC資料中找到），盡力總結中國工程師在RFID項目實踐中可以真正運用和創新的知識。由于歷史的虧欠，留給中國工程師可以肆意揮灑的技術空間已很少了。慶幸的是，UHF RFID標簽天線設計正是這樣少有的難以被壟斷和固化的技術范疇。
本書的意義也在于，無論是研究機構、公司還是一個工作室，由于知識結構的不同極易造成成員之間的“信息不對稱”—時常會出現工程師夸大技術難度、過分放大工作量的情況。相應地，因為相同的原因，管理層也容易提出違反基本原理的技術要求。這些不理性的情況，對于項目的有效推進和展開都是極為不利的。希望本書對于打破這種“不對稱”，回歸理性溝通，起到一定的作用。
由于編著者資歷的淺薄和客觀條件的制約，書中并非所有的內容均是被論證實踐過的（其中很多內容得益于高校教師和學生的匯總及探索），但是仍舊盡力試圖在已有的條件下，給讀者介紹UHF RFID標簽設計的實踐方法，解決在設計過程中容易遇到的問題和困難。書中基本涵蓋了目前市場中所有的標簽類型，盡力用最精簡的語言來論述其理論原理和設計方法。在此基礎上，特別列出兩章內容，著重講解標簽天線的仿真及研發制作過程。由于擔心初學者會因為細節的困難而產生退縮的念頭，這兩章內容幾乎事無巨細地采用圖片列出了仿真及制作的全過程，希望可以為初入門的讀者提供一些信心上的支撐。
本書的編著非常感謝身邊朋友、同事的支持和幫助，也非常感謝母校的培養和熏陶。至今記得母校教研室中，有一個不起眼的老者，由于年齡關系，老者會因為寂寞而抓住每一位去請教他問題的學生，從理論公式到有沒有找女朋友等無所不談。時間久了，大家也猶豫，總是糾結于如何請教了問題，又可以禮貌地找理由離開。由于理論認知上的極大差距，老者對于實驗中兩個矛盾現象的相同解釋，時常在同學間被當作“笑話”流傳。至今回想這些，總覺羞愧難當。有幸聽他講過他的一段經歷。他年輕時曾背負一個設備到四川中北部的一家科研機構做一個聯調，那時交通不便，途中艱辛可想。可是抵達那里的時候，卻無故受到訓斥和批判，但他很驕傲自己忍受、忍耐并最終完成了任務。這位有意思的老者，他的教材幾乎培養了中國幾代天線工作者。回想他們那代人所承受的、所付出的，不得不讓我們汗顏。當下的無論是科研人員或普通工程師，已很難看到這種對信念的堅持和對國家的熱愛了。除了薪資，似乎無人再去關心和追問工作背后的意義。當國外企業提出“The best or nothing”、“不當第一就去死”等種種看起來極端的目標和信念時，有些人卻還沉迷于永遠沒有核心價值的山寨方式；在一片繁忙之下，中國工程師的這種“熱愛”和“堅持”的精神便顯得尤為稀缺和重要。
如果可以，謹以此書向那位老者和他們那一代工作者致敬。
章偉
2012年9月4日 深圳 南山
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內容簡介：本書從工程實際出發，系統講解了UHF RFID標簽設計過程中所涉及的理論原理和設計要點。其中，第3章為本書的關鍵，系統介紹了UHF RFID標簽天線的理論基礎，主要包括阻抗匹配原理和標簽讀取距離的理論計算，這兩部分內容不僅是標簽設計理論的要點，同時也決定了對RFID技術的認知深度；第5∼8章分別介紹了雙頻標簽、抗金屬標簽、圓極化標簽、近場天線四種在實際的UHF RFID運用方案中經常被用到的標簽形式，對于其設計理論的認知和設計方法的掌握，可以大幅提高解決RFID項目實際問題的能力；第9章和第10章采用圖片詳盡地介紹了UHF RFID標簽天線的仿真和制作過程，為讀者盡快找到實踐的方法提供一個切入點；第11章用較短的篇幅簡要介紹了RFID標簽天線的測試要求和測試方法。 |
目錄：第1章 RFID技術的發展及現狀 1
1.1 研究背景及意義 1
1.1.1 RFID技術的起源 1
1.1.2 RFID技術的發展 2
1.2 超高頻RFID技術及標簽介紹 5
1.2.1 RFID技術的系統組成 5
1.2.2 RFID標簽分類 6
1.3 國內外標簽技術的研究現狀 9
后記 9
參考文獻 10
第2章 電磁場基本理論的梳理—繞不開的麥克斯韋方程 11
2.1 麥克斯韋方程 11
2.1.1 法拉第定律 11
2.1.2 安培環路定律 13
2.1.3 電場的高斯定律 14
2.1.4 磁場的高斯定律 16
2.1.5 小結 17
2.2 材料媒質中的波動方程及其解 18
2.3 電磁場理論對于UHF RFID標簽天線設計的指導意義 22
后記 24
第3章 UHF RFID標簽天線的理論基礎 25
3.1 最高功率傳輸的阻抗共軛匹配 25
3.1.1 共軛匹配理論的推導 25
3.1.2 實際應用中標簽芯片的阻抗計算 27
3.2 無源超高頻系統及標簽的工作原理 29
3.3 Friis方程及雷達距離方程與標簽識別距離的關系 30
3.3.1 Friis方程 30
3.3.2 雷達距離方程 31
3.4 影響UHF RFID系統識別距離的因素 32
3.4.1 標簽天線增益對標簽激活距離的影響 32
3.4.2 天線雷達截面對讀寫器檢測距離的影響 33
3.4.3 天線工作頻率對標簽激活距離的影響 33
后記 34
參考文獻 34
第4章 UHF RFID標簽天線的設計基礎 36
4.1 偶極子UHF RFID標簽天線的種類 36
4.1.1 半波對稱偶極子天線 36
4.1.2 折合偶極子天線 37
4.1.3 彎折偶極子天線 37
4.2 UHF RFID標簽天線的設計原則與過程 38
4.2.1 原則1：阻抗匹配 38
4.2.2 原則2：天線增益 41
4.3 UHF標簽天線設計中的關注點 42
4.4 UHF RFID標簽的設計過程 43
4.5 UHF RFID標簽設計示例 44
后記 45
參考文獻 45
第5章 雙頻帶UHF RFID標簽天線的設計 46
5.1 天線雙頻帶的基本方法 46
5.1.1 附加諧振枝技術 46
5.1.2 開槽技術 48
5.1.3 耦合技術 49
5.1.4 多模諧振技術 51
5.2 UHF RFID雙頻帶標簽的設計原則與過程 52
5.2.1 UHF RFID雙頻帶標簽的設計原則 52
5.2.2 UHF RFID雙頻帶標簽的設計過程 52
后記 60
參考文獻 61
第6章 抗金屬標簽的設計 62
6.1 抗金屬標簽設計的基本方法 62
6.1.1 調整標簽天線與金屬表面的距離 62
6.1.2 采用吸波材料 63
6.1.3 利用EBG結構的介質板 64
6.1.4 利用微帶天線結構 65
6.2 UHF RFID抗金屬標簽的設計原則與過程 67
6.2.1 UHF RFID抗金屬標簽的設計原則 67
6.2.2 UHF RFID抗金屬標簽的設計過程 67
后記 80
參考文獻 80
第7章 UHF RFID圓極化標簽天線的設計 82
7.1 圓極化的基本概念及其實現方法 82
7.1.1 圓極化的基本概念 82
7.1.2 圓極化天線的實現方法 86
7.2 基于變形偶極子的圓極化標簽設計 89
后記 91
參考文獻 92
第8章 近場天線 93
8.1 UHF近場工作天線的設計原則 94
8.2 近場標簽天線結構 94
8.2.1 小環形天線 95
8.2.2 環形裂隙諧振天線 95
8.2.3 長形環天線 96
8.3 讀寫器近場天線設計 96
8.3.1 分段環天線 96
8.3.2 分段耦合的近場天線實例分析 97
8.3.3 分段耦合眼形近場天線實例分析 99
后記 103
參考文獻 103
第9章 UHF RFID標簽天線的仿真過程 105
9.1 HFSS創建工程及運行環境 105
9.2 UHF RFID標簽天線模型設計詳細過程 110
9.2.1 天線模型的創建 110
9.2.2 設置邊界條件和端口激勵 133
9.2.3 設置求解參數 141
9.2.4 設計驗證與仿真 144
9.2.5 創建圖表結果 146
9.2.6 參數變量優化 150
后記 159
第10章 UHF RFID標簽的研發制作過程 160
10.1 RFID標簽天線1:1圖紙的打印 160
10.2 制作標簽所需要的工具 167
10.3 標簽的制作過程 169
后記 176
第11章 RFID標簽天線的測試 177
11.1 標簽芯片阻抗測量 177
11.1.1 方法一 177
11.1.2 方法二 179
11.2 標簽天線阻抗測量 180
11.2.1 鏡像法測量 181
11.2.2 巴倫測試方法 182
11.2.3 測量線法 184
11.2.4 掃頻長線法 184
11.3 RFID標簽性能測試的實現方法 186
11.3.1 基于“識別、讀、寫”的三種距離說明 186
11.3.2 讀標簽最小電場強度值（EMin_read） 187
11.3.3 寫標簽電場最小電場強度值EMin_write 188
11.3.4 標簽靈敏度 188
11.3.5 最大操作電場強度值（Emax）和存活電場強度值（Esurvival） 189
11.3.6 抗干擾能力（Pnoise） 189
11.3.7 標簽移動最大衰落率（Frate） 189
11.4 標簽天線其他參數測量 190
11.4.1 最大讀取距離測量 190
11.4.2 帶寬測量 191
11.4.3 方向圖測量 191
11.4.4 雷達截面測量 192
后記 193
參考文獻 193 |
| 序： |
