基于智能天线的UHF RFID阅读器中发射机的设计与实现

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射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术作为一种自动识别技术,具有非接触、长距离读写、较高读取速率、较大信息存储空间、较低成本、非视距读写、可工作于恶劣环境等特点,相对于其他无线识别技术具有很大优点。近年来射频识别技术被广泛应用于物流、管理、制造流程、物品跟踪和保护等领域。随着射频识别技术的不断发展,该技术的应用范围也在不断扩展。但是,无源超高频射频识别技术由于通信方式的限制,目前仍存在一些缺点,如读写距离有限、标签丢失、标签成本比条形码较高等。  本文依托国家自然科学基金项目“基于智能天线的无源UHF RFID系统的理论与关键技术研究”,结合射频识别相关理论,主要在工程实践领域进行基于智能天线的RFID阅读器的发射机的设计和优化。此项目的主要研究目标是高性能的超高频RFID读写系统,目的是提高UHF RFID阅读器的读写距离,定位精度和防碰撞性能。本文承担此阅读器发射机的硬件设计及实现部分。  本文从智能天线的相关原理入手,分析了智能天线的工作原理,并对其进行MATLAB仿真验证,从而说明智能天线对发射机功能的要求。其次分析了ISO/IEC18000-6C射频识别协议,确定发射机相关的技术指标。对现有的几种无源超高频RFID技术方案进行对比,确定采用分立元件来设计发射机。再次通过对发射机多种结构的对比,分析各自的优缺点,最后采用了锁相环和直接数字频率合成器相混频的数字移相技术方案,并用ADS仿真软件进行功能性仿真验证和链路预算。依据仿真结果,确定发射机各个部分的性能需要。之后分别阐述了DDS、锁相环、功分器、混频器、功率放大器、定向耦合器等发射机关键电路的设计和实现过程,最后分别对这些组成部分及发射机的性能进行了测试和分析,测试结果表明此发射机能够实现智能天线要求的功能,为天线阵提供功率、相位、频率都可调的激励信号,基本达到了设计的预期目标。此外还提出了一些改进意见,可为后续设计工作提供参考。
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