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声表面波标签及扫频信号源研究

作　者: 陈涛
导　师: 陈智军
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 声表面波标签反射率天线阅读器扫频信号源
分类号: TP391.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

声表面波射频识别技术具有无源无线、防篡改、识别距离远和适用于恶劣环境等优点，从而成为国内外射频识别领域的研究热点。论文重点对基于声表面波技术的射频标签进行了研究，包括标签芯片和标签天线的仿真、设计、制作和测试。在此基础上，论文还对声表面波频域采样阅读器的扫频信号源展开了研究。首先，论文介绍了声表面波射频识别技术的相关理论，研究了声表面波标签各组成部分的特点和作用，比较了脉冲幅度编码和脉冲位置编码两种编码方式的优缺点，分析了基于时域采样和频域采样两种阅读器的工作原理。论文采用有限元软件COMSOL对标签芯片的叉指换能器进行了静态分析、模态分析和谐响应分析；基于分析波理论对反射栅进行了仿真，分析了反射栅电极数目、电极厚度和敷金比对反射率的影响；在仿真分析的基础上设计了标签芯片，包括压电基片材料选择、叉指换能器设计、反射栅设计和标签编码方案设计等环节；对制作完成的标签芯片进行了测试，包括特征频率测试、标签编码测试和回波幅值一致性测试。测试结果基本符合设计要求，表明了理论分析和仿真研究的正确性。论文还设计了频域-时域转换软件，通过该软件可以从网络分析仪通用易测的频率响应得到标签芯片的时域回波特性。在标签芯片研究的基础上，采用有限元软件HFSS对标签天线进行了仿真设计，包括臂长、臂宽、基板厚度等结构参数的优化设计和回波损耗、驻波比、方向图等天线性能的仿真；实际制作并测试了标签天线的S11曲线、驻波比曲线和Smith圆图，测试结果验证了仿真设计的有效性；为标签芯片和标签天线设计了阻抗匹配网络，并将三者焊接到一起组成声表面波标签，对标签进行了无线测试，检验了声表面波标签的性能。论文对基于频域采样的阅读器进行了总体设计，重点对扫频信号源展开了研究。扫频信号源采用直接数字频率合成器(DDS)和锁相环(PLL)实现频率合成，设计制作了频率合成电路板和功率放大电路板，分别对DDS、PLL、功率放大电路和扫频信号进行了测试，测试结果验证了信号源设计的正确性。最后，对论文的主要工作进行了总结。归纳了创新点和特色，指出了不足之处，并对未来的工作进行了展望。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章绪论  14-21
  1.1 研究背景与意义  14-15
  1.2 声表面波射频识别技术  15-18
    1.2.1 声表面波概述  15-17
    1.2.2 声表面波射频识别概述  17-18
  1.3 国内外研究现状与本课题的提出  18-20
    1.3.1 国内外研究现状  18-19
    1.3.2 本课题的提出  19-20
  1.4 论文研究内容  20-21
第二章声表面波射频识别理论研究  21-34
  2.1 声表面波标签的结构  21-28
    2.1.1 标签芯片  21-25
      2.1.1.1 压电基片  21-22
      2.1.1.2 叉指换能器  22-24
      2.1.1.3 反射栅  24-25
    2.1.2 标签天线  25-28
  2.2 声表面波标签芯片的编码方式  28-31
    2.2.1 脉冲幅度编码  28-29
    2.2.2 脉冲位置编码  29-31
  2.3 声表面波射频识别的阅读器类型  31-33
    2.3.1 时域采样阅读器  31
    2.3.2 频域采样阅读器  31-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章声表面波标签芯片研究  34-69
  3.1 标签芯片仿真  34-45
    3.1.1 叉指换能器仿真  34-41
      3.1.1.1 有限元概述  34
      3.1.1.2 模型建立  34-36
      3.1.1.3 静态分析  36-37
      3.1.1.4 模态分析  37-40
      3.1.1.5 谐响应分析  40-41
    3.1.2 反射栅仿真  41-45
      3.1.2.1 SAW 分析波理论概述  41-42
      3.1.2.2 反射栅电极数目仿真  42-43
      3.1.2.3 反射栅电极厚度仿真  43-44
      3.1.2.4 反射栅敷金比仿真  44-45
  3.2 标签芯片设计  45-51
    3.2.1 压电基片材料选择  45-46
    3.2.2 叉指换能器设计  46-47
    3.2.3 反射栅设计  47-49
    3.2.4 标签编码方案设计  49-51
  3.3 标签芯片制作  51-52
  3.4 标签芯片测试  52-68
    3.4.1 特征频率测试  53-54
    3.4.2 标签编码测试  54-62
    3.4.3 回波幅值一致性测试  62-65
    3.4.4 频域-时域转换软件设计  65-68
  3.5 本章小结  68-69
第四章声表面波标签天线研究  69-82
  4.1 标签天线仿真设计  69-75
    4.1.1 标签天线优化设计  69-72
    4.1.2 标签天线性能仿真  72-75
  4.2 标签天线测试  75-78
  4.3 标签天线与芯片阻抗匹配  78-79
  4.4 SAW 标签无线测试  79-81
  4.5 本章小结  81-82
第五章扫频信号源研究  82-92
  5.1 频域采样阅读器框架设计  82
  5.2 扫频信号源设计  82-86
    5.2.1 直接数字频率合成器  83-84
    5.2.2 锁相环  84-86
  5.3 扫频信号源实现  86-87
  5.4 扫频信号源测试  87-91
  5.5 本章小结  91-92
第六章总结与展望  92-96
  6.1 论文总结  92-94
  6.2 论文特色与创新  94
  6.3 论文不足与展望  94-96
参考文献  96-99
致谢  99-100
在学期间的研究成果及发表的学术论文  100

声表面波标签及扫频信号源研究

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