超高频无源RFID标签是一种高性能、低成本、低功耗的电子识别标签。在工程应用中标签设计已经成为很多新技术和创新的基础。《无源超高频标签天线工程设计案例教程》一共分为八个章节详细介绍了无源标签天线的基础理论和工程设计问题，对电偶极子的结构天线、微带形式的天线及分形天线进行了理论分析和工程设计实例解析。《无源超高频标签天线工程设计案例教程》理论切合实际可为通讯类工程师和其他科技人员通过学习这本书掌握更多的天线开发知识和获得RFID超高频标签天线的开发、设计的能力。《无源超高频标签天线工程设计案例教程》既可作为学习RFID技术知识的培训材料也可做为超高频RFID标签天线的工程技术人员的参考手册。

第1章绪论1

1.1RFID简介1

1.1.1背景和定义1

1.1.2RFID的发展机遇和挑战2

1.1.3RFID的组成和特点6

1.1.4RFID技术的数据传输原理7

1.1.5RFID的工作原理12

1.1.6UHF的选择14

1.2超高频标签的技术基础20

1.2.1反向散射技术简介20

1.2.2超高频频段系统的工作原理22

1.2.3超高频标签功率和频率的限制23

1.2.4超高频标签的测试问题26

1.3RFID的相关标准28

1.3.1RFID标准简介28

1.3.2ISO/IEC标准29

1.3.3EPC Global标准36

1.4RFID工程实施说明37

1.4.1理论说明37

1.4.2方法研究38

1.4.3前期准备41

第2章天线的理论基础46

2.1天线的理论发展概述46

2.2天线的理论基础47

2.2.1电磁场基本方程47

2.2.2边界条件49

2.2.3坡印廷定理50

2.2.4麦克斯韦方程的解51

2.2.5电流源辐射52

2.2.6场区域划分54

2.2.7理想磁偶极子57

2.2.8对称振子的辐射场59

2.2.9巴俾涅原理（Babinet Principle）60

2.3偶极子的基本理论62

2.3.1电偶极子的电磁场62

2.3.2电偶极子的方向性因子和方向图64

2.3.3偶极子天线结构64

2.3.4偶极子天线的电流分布65

2.3.5偶极子天线辐射性能66

2.3.6偶极子天线的辐射功率和辐射电阻67

2.3.7折叠型偶极子69

2.3.8Tmatch结构71

2.4标签天线的主要特性72

2.4.1天线的辐射场72

2.4.2辐射功率和辐射强度73

2.4.3阻抗和辐射效率75

2.4.4辐射方向图和增益81

2.4.5天线宽度88

2.4.6天线的极化91

2.4.7天线的有效长度、有效面积和口径效率96

第3章偶极子标签天线的工程设计实例101

3.1超高频标签工程设计中的基本参数101

3.1.1天线的方向性和增益101

3.1.2影响超高频系统的因素104

3.1.3阻抗共轭匹配105

3.1.4偶极子天线设计的理论107

3.1.5标签天线的阻抗匹配方法109

3.2超高频频段RFID标签天线的工程化设计112

3.2.1天线与RFID芯片的阻抗匹配理论112

3.2.2标签天线的RCS分析（雷达反射截面）116

3.2.3简单实例120

3.2.4标签天线设计的前期分析127

3.2.5新型超高频频段RFID标签天线的小型化设计与分析128

3.2.6标签天线的制作与测试136

3.3偶极子超高频标签天线的工程设计实例139

3.3.1半波偶极子的工程问题139

3.3.2变形偶极子天线141

3.3.3折叠偶极子天线144

3.3.4折合偶极子天线148

3.3.5弯曲偶极子天线151

3.3.6弯折偶极子天线154

3.4寄生单元加载的超高频RFID标签天线的工程设计160

3.4.1寄生单元加载天线的实现方式160

3.4.2基于T型馈电的变形偶极子天线162

3.4.3基于串联短截线的折叠偶极子天线168

3.4.4基于耦合馈电的变形偶极子天线172

3.4.5超高频RFID标签天线的工程实现与验证177

3.5偶极子标签天线的加载179

3.5.1弯折线加载的偶极子标签天线179

3.5.2寄生单元加载的偶极子标签天线185

3.6偶极子标签天线的工程设计实例188

3.7印刷偶极子天线仿真设计案例197

3.7.1印刷偶极子天线的结构设计197

3.7.2HFSS建模198

3.7.3天线的物理参数仿真优化199

3.7.4最终优化结果202

3.8基于印刷偶极子天线的改进206

3.8.1改进思路206

3.8.2仿真分析206

3.8.3优化参数及结果209

3.9微波频段天线设计212

3.9.12.45G天线设计213

3.9.25.8GHz天线设计217

3.10实验仿真221

3.10.1偶极子原型221

3.10.2加入Tmatch结构的偶极子天线222

3.10.3Tmatch偶极子间距对阻抗性能的影响223

3.10.4短偶极子长度对阻抗性能的影响223

3.10.5短偶极子半径对阻抗性能的影响224

3.10.6连接馈线宽度对阻抗性能的影响224

3.11基于Tmatch结构的PCB板RFID电子标签天线设计225

3.11.1天线结构225

3.11.2天线性能分析226

3.12RFID标签天线的研究与设计228

3.12.1电子标签天线的匹配理论228

3.12.2超高频频段标签天线设计229

3.12.3频段标签天线设计实例233

3.12.4标签天线的加工与测量235

3.13液体环境对UHF标签天线的影响236

3.13.1理论分析236

3.13.2仿真验证试验236

3.13.3圆柱物体表面超高频标签天线238

3.13.4标签在圆柱（液体）位置的性能影响244

3.14偶极子和缝隙耦合结构实例251

3.14.1天线设计251

3.14.2结果与分析254

第4章RFID微带标签天线256

4.1微带天线256

4.1.1微带天线的基本结构和辐射机理257

4.1.2微带缝隙天线的基本结构分类258

4.1.3矩形微带天线的分析和设计方法260

4.2微带天线的小型化技术261

4.2.1采用高介电常数基片262

4.2.2贴片曲面技术262

4.2.3微带天线加载技术263

4.2.4附加有源网络263

4.2.5微带天线的带宽技术264

4.3矩形微带贴片天线的工程设计265

4.3.1结构和设计要求265

4.3.2确定设计天线的参量270

4.3.3矩形微带贴片天线的仿真与分析274

4.3.4矩形微带贴片天线的阻抗匹配275

4.3.5微带天线的圆极化和实现方法286

4.4矩形标签天线289

4.4.1矩形标签的阻抗289

4.4.2标签芯片的匹配289

4.4.3标签天线带宽拓展292

4.5微带缝隙天线的结构和工程设计296

4.6圆极化环形微带天线的抗金属标签天线实例299

4.6.1天线结构299

4.6.2天线等效电路分析300

4.6.3仿真分析301

4.6.4测试结果303

4.7鲁棒性结构抗金属标签天线设计实例304

4.7.1天线结构304

4.7.2天线等效电路分析305

4.7.3仿真分析305

4.7.4测试结果308

第5章分形结构标签工程设计实例309

5.1分形结构天线的基本理论309

5.1.1分形简介309

5.1.2分形维数311

5.1.3常用分形天线314

5.2小型化圆极化分形天线324

5.2.1引言324

5.2.2小型化天线技术324

5.2.3圆极化天线技术326

5.3RFID天线的分形结构332

5.3.1引言332

5.3.2分形天线336

5.3.3Y型树状分形超材料结构设计340

5.3.4三等分树状分形超材料结构设计342

5.3.5Minkowski分形构造344

5.4Hilbert分形迭代原理的实例347

5.4.1天线基板的介电常数和厚度对天线性能影响的研究348

5.4.2实际应用352

5.5加载AMC地板的抗金属标签天线设计354

5.5.1引言354

5.5.2弯折偶极子标签天线设计354

5.5.3人工磁导体地板设计359

5.5.4加载AMC地板的抗金属标签天线363

第6章金属环境标签的工程设计368

6.1环境场对标签的影响368

6.1.1金属表面对标签性能的影响368

6.1.2超高频抗金属标签天线理论基础371

6.1.3各种材料背景下的读写距离测试 373

6.2不同金属环境对标签天线性能的影响374

6.2.1天线周围有金属物体374

6.2.2天线贴在不同大小的金属表面上的分析377

6.2.3天线在金属表面弯曲的分析380

6.3其他介质对标签天线的影响385

6.3.1不同介质的影响385

6.3.2不同距离的影响391

6.4采用相关天线技术降低环境要求393

6.4.1平面反F天线393

6.4.2尺寸的减小395

6.4.3标签天线对环境的影响396

6.5柔性 PIFA 抗金属标签天线设计398

6.5.1天线结构及模型398

6.5.2仿真分析399

6.6柔性微带抗金属标签天线设计401

6.6.1天线结构及模型402

6.6.2仿真分析402

6.6.3测试结果406

6.7超薄柔性微带抗金属标签天线设计408

6.7.1厚度对微带型标签天线的影响408

6.7.2超薄抗金属标签天线的设计410

6.7.3超薄抗金属标签测试结果412

6.7.4几种柔性抗金属标签天线性能的对比414

6.8波导馈电微带环缝标签天线的分析与设计414

6.8.1金属表面天线结构与增益的关系415

6.8.2天线的设计与工程仿真418

6.8.3天线的制作与测试422

6.9同轴线馈电切口微带贴片标签天线的设计和分析424

6.9.1金属表面薄型天线的仿真与分析424

6.9.2天线的设计与仿真427

6.9.3天线的制作与测试433

第7章超高频标签天线测试和仿真436

7.1标签天线的工作原理436

7.1.1雷达散射截面原理436

7.1.2标签天线的雷达散射截面437

7.1.3标签的调制工作方式439

7.1.4标签芯片的可读灵敏度和读写距离439

7.1.5标签的运动速度与读取率447

7.1.6介质对读取性能的影响452

7.1.7天线的极化方向对标签性能的影响458

7.2标签天线的仿真分析462

7.2.1标签(一)的仿真分析462

7.2.2标签(二)的仿真分析463

7.2.3仿真分析的结论464

7.3标签性能测试的原理和方法465

7.3.1标签的相关国际标准465

7.3.2标签性能测试基本原理466

7.3.3标签性能测试的实现方法466

7.3.4标签互操作性能测试的实现方法466

7.3.5标签芯片一致性测试的实现方法467

7.4测试系统的环境468

7.4.1整体测试方案468

7.4.2环行器隔离信号法470

7.4.3测试系统所用天线的仿真与制作471

7.4.4测试系统的整体搭建478

7.5标签性能测试系统的实际测试及结果分析480

7.5.1测量读和写标签的最小电场强度值480

7.5.2测量标签灵敏度481

7.5.3最大操作电场强度值和存活电场强度值482

7.5.4抗干扰能力482

7.5.5标签移动最大衰落率483

7.6超高频RFID标签的测试理论483

7.6.1标签芯片阻抗的测量483

7.6.2S参数分析485

7.6.3标签天线的阻抗测量方法探讨485

7.7标签基材复介电常数的测量488

7.7.1引言488

7.7.2波导传输法原理及仿真结果488

7.7.3矩形谐振腔法原理及仿真结果491

7.7.4微带线谐振法原理及仿真结果493

7.7.5微带线谐振法测试系统498

第8章外部场对标签天线的影响503

8.1标签天线受封装的影响503

8.1.1标签天线的基本类型503

8.1.2RFID标签天线的主要技术参数504

8.1.3仿真天线参数505

8.1.4标签的封装507

8.1.5天线封装对天线性能的影响509

8.2基本环境对RFID标签辐射的影响513

8.2.1温度对标签的影响513

8.2.2温度对标签操作的影响514

8.3湿空气介电常数的推导514

8.3.1不含水蒸气的空气的介电常数514

8.3.2饱和干蒸汽的介电常数515

8.3.3湿空气介电常数的计算516

8.3.4建模仿真516

8.3.5空气粉尘和水雾颗粒对电磁波的影响519

8.4雨、雪、冰对RFID标签的影响523

8.4.1随机雨介质的等效介电常数523

8.4.2水膜对标签的影响的软件仿真526

8.4.3冰雪对标签表面的影响530

8.5人体和金属对RFID标签天线的影响532

8.5.1金属对标签天线的影响532

8.5.2人体对RFID标签天线的影响533

8.5.3可用于人体环境的标签设计537

8.6纸基RFID包装箱的标签天线设计538

8.6.1包装箱环境对RFID标签天线的影响539

8.6.2RFID包装箱的设计540

8.6.3实物测试与结果541

8.7人体对标签天线的影响543

8.7.1天线结构543

8.7.2仿真与测量结果544

附录1标签天线芯片的相关参数——以M4为例546

附录2天线外形参考资料547

参考文献558