应用于RFID系统的定向耦合器研究与设计开题报告

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1. 研究目的与意义

无线射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，缩写RFID）是20世纪90年代开始兴起的一种新的自动识别技术，并得到了迅速发展和广泛应用。从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型。因此我们对RFID技术的定向耦合器研究具有非常实用的价值和国际战略意义。定向耦合器在射频电路中有着重要作用，既可作为分支器件及功率检测部件，又可作为放大器的反馈原件。定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的定向耦合器比例进行功率分配。国内外对RFID读写器天线的研究已经进行得如火如荼，但是对单天线双圆极化天线高收发隔离度研究的还比较少，对线极化和圆极化天线的比较研究也很少，因此本文将重点研究新型单贴片双圆极化天线、以及改进型高隔离度定向耦合器和比较研究RFID读写器天馈系统中线极化和圆极化天线的高隔离度、带宽等问题。

2. 国内外研究现状分析

定向耦合器国内外研究现状：随着微波应用范围的日益扩大，定向耦合器己成为许多微波系统和设备中的一个重要部件，因而，国内外有关定向耦合器的研究很多。而随着不同的工程实践的需求，出现了各种各样的定向耦合器。在高功率微波系统中，一般都采用过模圆波导作为主波导以传输足够高的功率，微波源在过模波导中将激励起多个模式，定性和定量地分析这些模式成份，就是模式识别器的任务。以往人们提出的各种模式识别方法，有的无法同时完成定性和定量分析的双重任务，有的仅适用单模系统，且一般都不能用于高功率单次脉冲系统。选模定向耦合器的利用，则为解决这一任务提供了最方便和可靠的途径。它不仅具有动态性和实时性的优点，而且尤其适合于高功率单次脉冲微波系统模式定性和定量的测量，选模定向耦合器的实现，为高功率单次脉冲微波的实时功率测量提供了一种更可靠更精确的方法。由于选模定向耦合器的单模性，其耦合度可以精确的标定，从而克服了在利用探针耦合进行微波功率测量时探针耦合度无法精确定标的缺点。而多模选模定向耦合器的使用，对系统中的模式组成得到定性和定量分析的同时，也进行了功率测量，将模式鉴别和功率测量利用同一元件一次完成。铁氧体定向耦合器是用高强度漆包线绕在铁氧体高频磁环或磁芯上做成。这种定向耦合器实质上是用电感线圈代替分布参数的电感，用电容器代替分布电容，有时也称其为集中参数定向耦合器。在定向耦合器设计中，使用铁氧体能有效增加带宽，减小尺寸和生产成本，同时提高了功率。在微波测量仪器中使用这种定向祸合器可以降低成本，提高测量精度，有着广阔的应用前景。最近日本NEC公司和日本光电子工业与技术发展协会及东京大学的科学家们成功研制出硅纳米线定向耦合器，该硅纳米线定向耦合器比传统用的玻璃光纤、基于半导体二氧化硅或铌酸锂波导制作的耦合器尺寸小得多。与传统光导定向耦合器的几毫米的长度相比较，硅纳米线定向耦合器的总长小于或等于五十微米。由于硅芯与二氧化硅包层之间的折射率差很大(分别为3.5和1.5)，硅纳米线波导的S形弯曲的曲率半径小得多，所以弯曲损耗小。此外，传统的光导定向耦合器的典型耦合长度为几百微米甚至为几毫米，而硅纳米线定向耦合器的耦合长度小于十微米。

3. 研究的基本内容与计划

内容：

本文针对天线的馈电网络（3db耦合器）的性能分析和设计优化做了详细研究和设计，并且在此基础上设计了一种工作在915mhz左右由新型高隔离度定向耦合器比普通定向耦合器隔离度提高20db以上；分析比较了双圆极化和双线极化天线收发隔离度问题，重点对双天线收发系统的天线极化特性和贴片距离、介电常数、介质基板厚度和金属挡板等对隔离度的影响等问题进行了研究；以上研究过程大多借助ansolft公司的hfss软件仿真。

计划：

4. 研究创新点

对天线的馈电网络（3dB耦合器）的性能做了研究和设计，设计仿真了几种新型定向耦合器，其隔离度远高于普通耦合器，用于单天线收发的读写器系统,相比传统的双贴片读写器天线具有体积小、结构简单、成本低的优点。