【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 業(yè) ,而且每年都在高速成長(zhǎng) ,推動(dòng) RFID產(chǎn)業(yè)前進(jìn)。至 2020年 ,約 70%的 RFID應(yīng)用都 在供應(yīng)鏈產(chǎn)業(yè)中。事實(shí)上 ,供應(yīng)鏈的每一個(gè)環(huán)節(jié)加入 RFID 之后 ,就會(huì)變得更加順暢 ,相 對(duì)的其他產(chǎn)業(yè)所占的比例也只有 30%而已。 本文內(nèi)容組織安排 全文共分為五章。本文簡(jiǎn)單介紹了射頻識(shí)別技術(shù) 。系統(tǒng)地介紹了電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)知識(shí) 。 簡(jiǎn)要介紹了微帶天線與偶極子天線的基礎(chǔ)知識(shí) 。進(jìn)行了門禁系統(tǒng)閱讀器天線與電子標(biāo)簽的 設(shè)計(jì)與調(diào)試 ,并進(jìn)行了測(cè)試 ,而且該設(shè)備已經(jīng)開始實(shí)際應(yīng)用 ,并帶來(lái)了利潤(rùn) 。最后做出了 總結(jié)與展望 各章的具體安排是 : 第一章 ,緒論。簡(jiǎn)單介紹了射頻識(shí)別技術(shù) ,分析了射頻識(shí)別技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì) ,RFID 技 術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及本課題的研究意義 ,最后對(duì)本文內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)。 第二章 ,天線的工作原理。介紹了電磁場(chǎng)理論、與電磁波傳播有關(guān)的量、天線及其輻 射場(chǎng)、天線的工作原理。 S 南京郵 l 乜人學(xué)顧 Ij 研究生學(xué)位論文 第一幣緒論 第三章 ,對(duì)稱天線與門禁系統(tǒng)的電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)與調(diào)試。介紹對(duì)稱天線的結(jié)構(gòu)與原理 , 通過(guò)以對(duì)稱天線為基本依據(jù)進(jìn)行建模仿真 ,來(lái)設(shè)計(jì)電子標(biāo)簽 ,并佩戴在人體進(jìn)行調(diào)試和測(cè) 試 ,最后作為一種產(chǎn)品市場(chǎng)化。 第四章 ,微帶天線與門禁系統(tǒng)的閱讀器天線的設(shè)計(jì)與調(diào)試。介紹微帶天線的結(jié)構(gòu)與原 理 ,通過(guò)以微帶天線為 基本依據(jù)進(jìn)行建模仿真 ,來(lái)設(shè)計(jì)閱讀器天線 ,并在微波暗室旱進(jìn)行 調(diào)試和測(cè)試 ,最后作為一種產(chǎn)品市場(chǎng)化。 第五章 ,總結(jié)與展望?？偨Y(jié)了本課題的研究工作及成果并就研究成果的前景做出了展 望。 6 南京郵 IU 人學(xué)碩 l:研究生學(xué)位論文 第’二章天線的 T 作原理 第二章天線的工作原理 電磁場(chǎng)理論是 fj 研究各類電磁現(xiàn)象內(nèi)在規(guī)律的基本理論 ,表現(xiàn)為電磁形式的能量和 信息 ,具有便于產(chǎn)生傳送、測(cè)量、加工處理、控制及轉(zhuǎn)化為其它能量和信息的特點(diǎn) ,因此 得到廣泛的應(yīng)用。人們對(duì)電磁能的認(rèn)識(shí)可以追溯到公元元年 ,那時(shí)人們就丌始使用并利用 天然 磁石 ,并用磁石制成了指南車。近代 ,越來(lái)越多的人對(duì)電、磁、光進(jìn)行深入的觀察及 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)研究。 1864 年英國(guó)科學(xué)家麥克斯韋 JamesClerkwell,1831~1879 集以往電 磁學(xué)的實(shí)驗(yàn)和理論之大成建立了電磁學(xué)的完整理論一麥克斯韋方程 ,從理論上預(yù)言了電磁 波 的 存 在 。 1887 年 被 德 國(guó) 科 學(xué) 家 亨 瑞 士 ? 魯 道 夫 ? 赫茲HeinrichRudolfHertz 通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明 了麥克斯韋方程。該方程被認(rèn)為是電磁學(xué)的經(jīng)典理論基礎(chǔ)。由該方程所導(dǎo)出的一些關(guān)于電 磁場(chǎng)的基本關(guān)系及相關(guān)結(jié)論是求解電磁學(xué)問題的理論依據(jù)。 電磁場(chǎng)理論 靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒磁場(chǎng)的基本規(guī)律 【 9】【 101 根據(jù)高斯定理 ,對(duì)于矢量場(chǎng)中某一有限體積礦 ,矢量場(chǎng)對(duì)包圍該體積封閉面S 的通量 應(yīng)等于該體積內(nèi)的所有散度源的總量 ,即 : 167。 A?d 虧 \\p?AdV s y 21 可以得到靜電場(chǎng)的高斯定理 : 護(hù) ?舔∑ g, S? i 2?2 穿過(guò)體積 y 的邊界曲面 S 的通量等于體積 y 中的總電荷。 因?yàn)榉€(wěn)恒磁場(chǎng)處產(chǎn)生穩(wěn)恒電流 ,并沒有教度源 ,所以穩(wěn)恒磁場(chǎng)的高斯定理為 : 艫 ?d 蜃 0 S 2?3 根據(jù)斯托科斯定理 ,矢量場(chǎng)對(duì) 閉合曲線的環(huán)量等于矢量場(chǎng)對(duì)每個(gè)微面元邊界的環(huán)量之 和 ,即 : 弘蕊 lF A?蠢 , S 可以得到穩(wěn)恒磁場(chǎng)的環(huán)路定理 墮室坐 !堅(jiān)叁堂塑 !型 !!!圭蘭垡堡蘭 笙三主丕垡墮 !堡墮里 167。 A?蕊∑ ji , ’ 2?5 磁場(chǎng)強(qiáng)度廳對(duì)閉合曲線 ,的環(huán)量等于該閉合曲線中的總電流。 由于靜電場(chǎng)有電荷產(chǎn)生 ,沒有旋度源 ,所以靜電場(chǎng)的壞路定理為 : IE?d/0 7 2?6 變化電磁場(chǎng)的規(guī)律 在麥克斯韋電磁場(chǎng)理論中 ,自由電荷可以激發(fā)電場(chǎng) ,變化磁場(chǎng)也可以激發(fā)電場(chǎng) ,則在 一般情況下 ,空間任何一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)該表示為豆雷。 +豆 :。由于恒穩(wěn)電流可以激發(fā)磁 場(chǎng) ,變化電場(chǎng)也可以激發(fā)磁場(chǎng) ,則在一般情況下 ,空間任一點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)該表示為 雪巨 +否 :。因此在一般情況下 ,電磁場(chǎng)的基本規(guī)律中應(yīng)該既包含恒穩(wěn)電磁場(chǎng)的規(guī)律 ,也 包含變化電磁場(chǎng)的規(guī)律。 根據(jù)麥克斯韋提出的渦旋電場(chǎng)和位移電流的概念 ,變化的磁場(chǎng)可以在空間激發(fā)變化的 電場(chǎng) ,而變化的電場(chǎng)可以在空間激發(fā)變化的磁場(chǎng)。因此電磁場(chǎng)可以在沒有自由電荷和穩(wěn)恒 電流的空間單獨(dú)存在。變化電磁場(chǎng)的規(guī)律是【 3】【 7】【 8】 : 變化電場(chǎng)的高斯定理 在沒有自由電荷的空間 ,有變化磁場(chǎng)激發(fā)的渦旋電場(chǎng)的電力線是一系列 的閉合曲線。 通過(guò)場(chǎng)中任何封閉曲面的電位移通量等于零。所以 髓 6?ago s27 變化電場(chǎng)的環(huán)路定理 渦旋電場(chǎng)有旋度源 ,并且通過(guò)法拉第電磁感應(yīng)定律可以得到電場(chǎng)的環(huán)路定理 妒一黲 ~ 億 8, 變化磁場(chǎng)的高斯定理 變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)和穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)一樣 ,都是渦旋狀的場(chǎng) ,磁感應(yīng)線是閉 合線。因此穩(wěn)恒磁場(chǎng)的高斯定理仍使用 ,即 : 髓吾 ?蕊 0 雪 2?9 變化磁場(chǎng)的環(huán)路定理 南京 IIIIjl【 1 人學(xué)顧 l:研究生學(xué)位論文 第 _二章天線的 T 作原理 變化的磁場(chǎng)有旋度源 ,即為激發(fā)該變化磁場(chǎng)的變化電場(chǎng) ,所以變化 磁場(chǎng)滿足的環(huán)路定 理為 : 妒 2 晦 ~ p 聊 在變化電磁場(chǎng)的上述規(guī)律中 ,電場(chǎng)和磁場(chǎng)成為不可分割的一個(gè)整體 [20】【 。 3 麥克斯韋方程組 將上面兩種電磁場(chǎng)的規(guī)律合并在一起 ,就得到電磁場(chǎng)的基本規(guī)律【 5】【 9】【 111,即麥克斯韋方 程組 ,表示如下 : 艫 ?店∑ g, 葛勇 ?d167。 0 S ≧蕊 2p 嘮謠’ ≧蕊一略蠢 , S V‘ 2?11 上式即為麥克斯韋方程組的積分形式 將麥克斯韋方程組的積分形式用高等數(shù)學(xué)中的方法可變換成微分形式。微分形式如下 : 飛 D2p V巨 :一一 0B 戍 v療 :t7+望 Ot VB0 其中 :巨是電場(chǎng)強(qiáng)度 ,單位為 V/m。 A 是磁場(chǎng)強(qiáng)度 ,單位為 A/m。 D 是電位移矢量 ,單位為 C/m2 電通量密度 。 豆是磁感應(yīng)強(qiáng)度 ,單位為嬲 /朋 2 磁通量密度 。 歹是電流密度 ,單位為 A/m2。 p 是電荷密度 ,單位為 A/m3。 ‘ 7 與 p 為產(chǎn)生電磁場(chǎng)巨、露的源 ,通常歹與 p 之間的關(guān)系為 : 9 南京 Illl5lU 人學(xué)碩 l:研究生學(xué)位論義 第 39。二章天線的丁作原理 jcop??電流連續(xù)性方程 式 可以說(shuō)明為 ,在電磁場(chǎng)中任一點(diǎn)處 : 。 處磁感強(qiáng)度變化率的負(fù)值 。 。 。 麥?zhǔn)戏匠探M中的矢量有如下關(guān)系 : 西‰占 ,豆 ,雪脅所療 ,歹面。其中 ,‰是真空介電常數(shù) ,s,是介質(zhì)相對(duì)介電常 數(shù) ,風(fēng)是真空磁導(dǎo)率 ,所是介質(zhì)相對(duì)磁導(dǎo)率 ,仃是電導(dǎo)率。 在時(shí)間依賴關(guān)系為 e7 甜的假設(shè)式 212 中的時(shí)間微分可以用 ,國(guó)來(lái)代替。相量形式的麥克 斯韋方程組變成 : VE jozH VHJ+jco
E 可 .A:0 V?Ep/e 2?13 在麥克斯韋方程組中 ,電場(chǎng)和磁場(chǎng)已成為一個(gè)不可分割的整體 。麥克斯韋方程組完整 而系統(tǒng)的概括了電磁場(chǎng)的基本規(guī)律 ,并預(yù)言了電磁波的存在。 與電磁波傳播有關(guān)的量 坡印亭矢量 坡印亭矢量是電磁場(chǎng)中的能流密度矢量。電磁波在空間傳播 ,任一處的能流密度 S 等 于該處電場(chǎng)強(qiáng)度豆和磁場(chǎng)強(qiáng)度 A 的叉乘積 : SEXH 214 坡印亭矢量167。的方向是電磁波傳播的方向 ,即電磁能傳遞的方向【 5】【 9】【 121。豆、 A、167。彼 此垂直構(gòu)成右手螺旋關(guān)系。季代表單位時(shí)間流過(guò)與之垂直的單位面積的電磁能 ,單位是 w/m2。 電磁波中豆、 A、都隨時(shí)間迅速變化 ,季是電磁波的瞬時(shí)能流密度 ,它在一 個(gè)周期內(nèi) lO 南京 |li|jIU 人學(xué)頤 I:研究生學(xué)位論文 第 二章天線的 T 作原理 平均值稱為平均能流密度 S 列。對(duì)于簡(jiǎn)諧波 SayIamp。Ho 其中 E。、 H。分別是豆、 A 的振幅。 215 波阻抗 對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)或平面波 ,波阻抗的表達(dá)式為【 1o’‘ 1】 z2 每 2 擺 倍峋 在真空或空氣中 ,有 Z120re377f2。波阻抗對(duì)于非平面波或近場(chǎng)區(qū) ,則沒有確定的 值。 天線的工作原理 電磁波是通過(guò)天線發(fā)射出來(lái)的 ,所以在對(duì) RFID 系統(tǒng)天線輻射場(chǎng)的分析過(guò)程中 ,要用到 很多有關(guān)天線的基本概念。本節(jié)介紹關(guān)于天線的一些常 用的基本概念。 天線及其輻射場(chǎng) 假設(shè)將一發(fā)射天線至于圖 所示球坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)處 ,它向周圍輻射電磁波 ,則其 周圍的電磁波功率密度或場(chǎng)強(qiáng)分布一般都是距離 F 及角坐標(biāo) p,緲的函數(shù)。因此根據(jù)離開 天線距離的不同 ,將天線周圍的場(chǎng)區(qū)劃分為感應(yīng)場(chǎng)區(qū)和輻射場(chǎng)區(qū)【 13】【 1 引。 輻射遠(yuǎn)場(chǎng)