基本信息
- 項目名稱：
- 一種新型超高頻(UHF)射頻識別(RFID)系統(tǒng)中讀寫器天線的分形設計
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 該作品完成了一種新型分形天線的設計制作。 該作品將 Minkowski分形結(jié)構(gòu)運用于讀寫器天線，通過電磁理論分析、HFSS仿真計算，實現(xiàn)縮減天線尺寸以及提高天線增益的目的，從而可以提高讀寫器的識別距離，減小讀寫器的體積大小。 該作品作為UHF RFID系統(tǒng)的重要組成部分，其使用范圍廣泛?？蓱糜趥}庫庫存管理；物流管理；智能交通管理，路橋不停車收費；海關(guān)通關(guān)自動核放；企業(yè)資產(chǎn)管理等。
- 詳細介紹：
- 該作品完成了一種新型分形天線的設計制作。 RFID系統(tǒng)的工作原理決定了天線對RFID系統(tǒng)的性能起到關(guān)鍵作用，該作品將 Minkowski分形結(jié)構(gòu)運用于讀寫器天線，通過電磁理論分析、HFSS仿真計算，證明能夠達到縮減天線尺寸以及提高天線增益的目的，從而可以提高讀寫器的識別距離，減小讀寫器的體積大小。制作的Minkowski分形微帶天線經(jīng)過測試，表明在讀寫器的讀取距離保持不變（最遠讀取距離為7m）的情形下，實現(xiàn)了天線的小型化，體積減小到小于原有體積的1/8。此外，分形結(jié)構(gòu)拓寬了天線帶寬。 該作品作為UHF RFID系統(tǒng)的重要組成部分，其使用范圍廣泛。由于其讀取距離最高可達7m，因而可在倉庫庫存管理；物流管理；智能交通管理，路橋不停車收費；海關(guān)通關(guān)自動核放；智能停車場遠距離進出；人員門禁管理；企業(yè)資產(chǎn)管理；特殊器械管理等等方面有所應用。該作品應該具有較大的市場需求，能夠帶來相當可觀的經(jīng)濟效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的 射頻識別（RFID）是一種非接觸的自動識別技術(shù)。市場占有率高的低頻系統(tǒng)只能局限于短距離識別，而超高頻RFID系統(tǒng)具有無可比擬的優(yōu)勢，讀寫距離遠，速度快。 RFID系統(tǒng)的工作原理決定了天線部分對RFID系統(tǒng)的性能起到關(guān)鍵作用。而目前UHF RFID系統(tǒng)天線一般為方形微帶天線，雖然提高了讀寫距離，但是體積大，不利于系統(tǒng)小型化的要求，而且體積確定時增益較小。因此，本作品利用分形的相似性，設計制作超高頻讀寫器天線，提高UHF RFID系統(tǒng)的性能。 基本思路 首先，依據(jù)天線制作的難易程度，選出Sierpinski地毯分形和Minkowski分形作為制作分形微帶天線的初選結(jié)構(gòu)。通過理論分析計算，最終確定以Minkowski分形作為此次UHF RFID中讀寫器天線的結(jié)構(gòu)；其次，依托HFSS軟件采用暴力搜索牛頓優(yōu)化算法，在滿足條件的階數(shù)和尺寸中搜索使性能最優(yōu)的設計方案，最終確定研制二階Minkowski分形天線以及相應的制作尺寸；第三，制作樣品天線，并進行相應的天線性能測試。第四，將樣品天線連接至RFID系統(tǒng)中的讀寫器上，并進行相應的讀寫器性能測試，獲取關(guān)鍵的參數(shù)指標。 創(chuàng)新點 采用Minkowski分形天線代替?zhèn)鹘y(tǒng)天線，與其他傳統(tǒng)天線相比，具有小型化、多頻性、高增益的優(yōu)點。 主要技術(shù)指標 1)讀寫器天線的尺寸；2)讀寫器天線的增益；3)讀寫器的最遠讀取距離；4)讀寫器的水平識別范圍。
科學性、先進性
- 作品的科學性與先進性 分形是指適當?shù)胤糯蠛涂s小幾何尺寸，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)等方面具有自相似性的研究對象。因而分形最基本的特征就是自相似性，這一特性可以使單個分形天線工作和數(shù)個天線組合工作時的性能一致，與其他傳統(tǒng)天線相比，具有小型化、多頻性、高增益的優(yōu)點。 芬蘭坦佩雷理工大學Rauma研究所發(fā)布的一份天線性能研究報告稱手持RFID讀寫器的分形天線比傳統(tǒng)設計的天線有著更好的工作性能。 報告還稱分形模式工藝可以制造小而強大的RFID天線。 所研制的讀寫器天線，由于采用Minkowski分形結(jié)構(gòu)，因此與同類產(chǎn)品相比，具有以下優(yōu)點 1）實現(xiàn)天線小型化； 傳統(tǒng)915MHzRFID讀寫器天線是方形微帶天線，而將Minkowski分形天線應用其中，使天線尺寸得到優(yōu)化。 2）利用分形天線的多頻性，拓寬天線的帶寬。 微帶天線有頻帶窄的局限性，這是微帶天線的共性。而將分形應用其中，可以利用分形的自相似性讓天線具有多頻性，使天線具有兩個相鄰的諧振點，從而拓寬天線的帶寬。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 普通許可
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示；圖片；樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 該作品的使用簡單，只要連到UHF RFID系統(tǒng)中讀寫器上即可，由于測試條件有限，無法測得此作品的使用環(huán)境的極限是多少，故而沒有特別的使用說明。 該作品是依據(jù)Minkowski分形結(jié)構(gòu)而制作成的樣品天線，通過實際天線性能的測試以及接入讀寫器測量，證明相對于傳統(tǒng)天線，它能降低天線的尺寸，利用多頻性可以拓寬天線的帶寬，提高讀寫器的讀取距離，從而可以提高UHF RFID系統(tǒng)的總體性能。 該作品作為UHF RFID系統(tǒng)的重要組成部分，因而其使用范圍廣泛。它的讀取距離達7m，因而可以在倉庫庫存管理；物流管理；智能交通管理，路橋不停車收費；海關(guān)通關(guān)自動核放；企業(yè)資產(chǎn)管理等等方面有所應用。 目前我國在900MHz頻段的RFID標準已經(jīng)確立，因而超高頻系統(tǒng)將成為RFID研究的重點方向之一，在不久的將來可成為RFID領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，尤其是在軍事物流管理系統(tǒng)和倉庫智能管理系統(tǒng)等系統(tǒng)的迅猛發(fā)展時期，該作品應該具有較大的市場需求，能夠帶來相當可觀的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 射頻識別RFID是一種非接觸的自動識別技術(shù)。RFID系統(tǒng)采用了無線電與雷達技術(shù)，通過電磁場進行數(shù)據(jù)交換，能對移動的多個項目進行識別。UHF RFID系統(tǒng)應用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合，其天線波束方向較窄且價格較高，在火車監(jiān)控、高速公路收費等系統(tǒng)中應用。當前國內(nèi)關(guān)于RFID的研究都集中在頻率為125kHz、134kHz的低頻和13.56MHz的高頻系統(tǒng)。對于UHF頻段，則研究還不充分。然而，目前我國在800/900MHz頻段的RFID標準已經(jīng)確立, UHF RFID系統(tǒng)將成為RFID研究的重點方向之一,在不久的將來可成為RFID領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。因此，UHF RFID系統(tǒng)在我國具有巨大的發(fā)掘潛力。 作為UHF RFID系統(tǒng)的重要組成部分，UHF頻段的天線自然也會成為研究的熱點。UHF RFID系統(tǒng)中天線包括讀寫器天線和電子標簽天線。目前，國 內(nèi)已有研究基于Hilbert分形結(jié)構(gòu)的、基于Manderlbort分形樹結(jié)構(gòu)的、基于領(lǐng)帶結(jié)Sierpinski分形結(jié)構(gòu)的RFID標簽天線，還有基于Koch Island分形陣列結(jié)構(gòu)的、基于Minkowski分形的RFID讀寫器天線，而基于Minkowski分形的RFID讀寫器天線的中心頻率是2.425GHz。在國外，研究人員對Koch分形和Sierpinski分形天線進行了相對廣泛的研究，還對基于Koch分形的RFID標簽天線進行了深入研究，包括Koch分形偶極子天線，也包括Koch分形環(huán)及其變形（實際為Minkowski分形環(huán)）。目前市場上已有天線應用于UHF RFID系統(tǒng)中，但技術(shù)還不成熟。例如在讀寫器天線方面，國內(nèi)有深圳市南北達電子有限公司生產(chǎn)的一種手持式UHFGEN2讀寫器，器型號為CS101，頻率范圍為865-868 MHz或902-928 MHz，讀取距離為穩(wěn)定距離5-7米，尺寸大小為197×122×223 mm；常州高特公司生產(chǎn)一種手持式UHFGEN2讀寫器，器型號為246001，其工作頻率為902～928MHz，讀取距離為0-3米等。在電子標簽天線方面，有基于Hilbert分形結(jié)構(gòu)的射頻識別(RFID)標簽天線的尺寸縮減設計。用一維Hilbert標簽天線，可以實現(xiàn)諧振在915MHz的小型化高效率的RFID標簽天線。
