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无源超高频电子标签天线设计及其封装特性分析

作　者: 曾燕
导　师: 张为
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 天线 天线封装 匹配网络 反向散射电路
分类号: TN820
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 76次
引　用: 1次
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内容摘要


天线作为无线通信系统中不可或缺的重要组成部分,在很大程度上决定着无线通信技术的发展水平。随着系统的工作频率越来越高,尤其是在进入到微波频段后,客观上就要求能对天线的辐射性能和表现有更加全面地把握和更为细致地考虑,只有设计精密、制作严谨的天线才能确保信号发射和接收的稳定性。本文在对超高频电子标签的相关理论和技术进行深入分析的基础上,依据ISO/IEC 18000-6 TypeB标准研究了UHF(915MHz)RFID标签天线及其接口电路(匹配网络和反向散射电路)的设计方案,对天线的性能参数进行分析和讨论并结合芯片的阻抗特点设计符合应用要求的RFID标签天线。天线设计采用ADS Momentum工具进行仿真,并通过PCB具体实现,测试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。为了进一步提高天线的性能、减小天线的尺寸,本文提出了两种在不影响天线性能的情况下,减小天线尺寸的方法,采用了新型的天线结构,利用性能优越的LTCC材料作为天线的载体,通过仿真、制作和利用Aglient 8720ES矢量网络分析仪对天线进行测试,结果表明,所设计的天线很好地克服了以往天线设计时,尺寸的缩小与保持天线性能之间的矛盾。考虑到在微波频段,天线的工作环境和封装结构会对辐射性能产生很大的影响,本文通过建立通用的封装模型,利用HFSS软件提取出一系列天线性能参数与封装介质的介电常数、封装厚度和封装距离之间关系的数据,在Matlab中采用三次样条插值法,得出天线性能与每个因素之间的关系,很好地为实际应用时选取封装介质的材料、尺寸和封装的形式提供参考。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-13
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 新型天线技术研究现状  9-11
    1.2.1 LTCC天线  9-10
    1.2.2 天线微小型封装  10-11
  1.3 本文的研究方法和目标  11
  1.4 论文的组织结构  11-13
第二章 RFID标签天线的设计与测试  13-32
  2.1 概述  13
  2.2 RFID系统中天线的作用  13-16
    2.2.1 RFID天线的功能  13-15
    2.2.2 应用于RFID系统的天线性能要求  15-16
  2.3 天线的性能参数  16-20
    2.3.1 天线谐振频率  16
    2.3.2 天线的输入电阻  16-18
    2.3.3 天线的工作频率范围  18
    2.3.4 天线的方向图  18-19
    2.3.5 天线的增益  19-20
    2.3.6 天线的效率  20
  2.4 天线的载体  20-22
    2.4.1 PCB基板  21
    2.4.2 LTCC基板  21-22
  2.5 天线的测试  22-27
    2.5.1 网络分析仪的基本原理  23-24
    2.5.2 网络分析仪的测试误差分析  24-25
    2.5.3 网络分析仪的校准  25-27
  2.6 天线性能参数的测试步骤  27-31
  2.7 本章小结  31-32
第三章 天线的小型化设计  32-48
  3.1 天线小型化设计的方法  32-39
    3.1.1 半波偶极子天线的特性  32-36
    3.1.2 偶极子天线的简单变形（折叠法）  36-37
    3.1.3 圆环天线（螺旋绕线法）  37-39
  3.2 倒F天线的仿真与分析  39-42
    3.2.1 平面倒F天线的基本原理  40-41
    3.2.2 PCB基倒F天线的设计  41-42
  3.3 LTCC基倒F天线的设计  42-45
    3.3.1 LTCC技术小型化的方法  42-43
    3.3.2 LTCC基倒F天线  43-45
  3.4 影响倒F天线的因素  45-47
  3.5 本章小结  47-48
第四章 影响天线性能的各个因素的分析  48-66
  4.1 问题的提出  48-53
    4.1.1 天线的封装结构  48-49
    4.1.2 天线的封装模型  49-50
    4.1.3 天线参数的提取  50-52
    4.1.4 Matlab实现三次样条插值  52-53
  4.2 S11 参数的影响  53-55
  4.3 增益G的影响  55-60
    4.3.1 Gain-r1 曲线  55-58
    4.3.2 Gain-thick曲线  58-60
  4.4 天线效率η的影响  60-64
    4.4.1 η-r1 曲线  60-62
    4.4.2 η-thick曲线  62-64
  4.5 方向性系数D的影响  64
  4.6 本章小结  64-66
第五章 天线接口电路的设计  66-73
  5.1 射频前端电路总体结构  66-67
  5.2 天线的等效电路  67
  5.3 匹配网络  67-69
  5.4 反向散射模块  69-72
  5.5 小结  72-73
第六章 结论与展望  73-75
  6.1 论文工作的总结  73-74
  6.2 可进一步研究的工作  74-75
参考文献  75-78
发表论文和科研情况说明  78-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 天线 > 一般性问题
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