UHF RFID标签天线设计理论研究与应用
背景对其标签天线的影响，给出了应用于烟盒防伪的抗金属标签设计方案，并设计了一款蝶形偶极子标签天线，这款标签适用于烟盒铝箔的应用要求。目前RFID技术在酒类防伪应用，标签贴附的物体表面为曲面，Toni Bj?rninen18，A. Ali Babar19，YoungDo Kim20，I. J. Garc?′a Zuazola21等人研究的曲面UHF RFID标签天线的设计。
对于第二种设计研究，Abdul Ali Babar22等人选用石蜡作为天线基材设计的传感标签，基于石蜡对温度的敏感性，标签可作为传感器，也可作为RFID标签。Cecilia Occhiuzzi23等人采用特殊材料设计的传感标签，当标签贴附在被识别物体上，当物体发生物理或化学变化时其天线阻抗和增益的变化来远程判断待识别物的物理化学变化。
1.2.2基于RFID技术的图书馆应用现状
RFID技术在图书馆的应用主要表现在图书的自助借还、智能分拣、上架、顺架、盘点、安全防盗等几个主要方面。目前图书馆的管理模式已经从人工方式过渡到以条形码加磁条相结合的半智能化管理模式。而以条形码加磁条的方式仍有许多改进的问题，如智能分拣、快速盘点、快速理架等方面，因此基于RFID技术的智能图书馆可以很好地解决这些问题。
国外是最早引入RFID技术来提高图书馆的智能化管理。最早使用RFID技术的国家是新加坡，在1998年测试RFID技术在图书馆的使用，并于1999年建成世界上第一个基于RFID技术的图书馆管理系统。同年美国的洛克菲勒大学图书馆和密歇根州的法明顿社区图书馆使用RFID技术应用于图书馆管理，成为最早使用RFID技术的高校图书馆。基于RFID技术图书馆管理系统在国际上大规模使用始于2005年。
国内图书馆对于RFID技术的应用最早是在2006年集美大学诚毅图书馆和深圳图书馆。随后武汉图书馆、上海图书馆、国家图书馆、杭州市图书馆、厦门图书馆、陕西省图书馆等陆续引进RFID技术。各图书馆RFID系统其具体组成和功能主要包括自助借还以及图书盘点这两大功能。这也是RFID技术应用于图书馆管理与传统条形码技术的显著优势。上海交通大学图书馆于2011年成立RFID技术应用项目组，经过大量的前期调研、论证和测试工作。2013年1月召开高校图书馆RFID技术应用标准规范研讨暨产品设备展示会。
1.2.3现有研究存在的问题
针对现有研究，主要存在以下几个方面的问题：
问题一：标签性能影响因素的分析。现有研究对于标签天线的设计主要是天线结构的设计，而在实际应用时其他因素对标签性能也存在很大影响，如天线基材、封装、环境因素等。
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工程硕士学位论文
问题二：虽然现有不少针对具体应用的标签设计研究，但是现有研究都是建立在自由空间的仿真分析，缺少在实际应用情况下的仿真分析，这样的设计在实际应用时会因贴附的材质、环境的影响出现频点偏移，在实际使用过程中标签无法达到较好的识别性能。因此复杂环境中标签的设计方法也是急需研究的问题。
1.3论文主要内容及创新性
1.3.1研究目标
本文主要是对复杂环境下UHF RFID标签天线设计方法理论的研究。结合仿真分析研究了影响UHF RFID标签性能的关键因素，提出在具体应用中UHF RFID标签天线设计方法。依据此设计流程，在实际应用中分析图书馆管理中图书标签设计需求，并设计一款UHF RFID图书标签天线。
1.3.2研究内容
本文研究的主要内容有： 1．UHF RFID标签性能影响因素
对影响标签性能的各因素进行进行理论分析和仿真分析，得到标签天线主要的性能影响因素，提出UHF RFID标签天线设计要求。
2．具体应用中UHF RFID标签天线设计方法
提出复杂环境标签设计的应用需求，同时给出复杂环境标签天线设计的要求。基于具体应用的UHF RFID标签天线设计方法，该设计流程确定了在实际应用中标签天线设计的设计步骤，并给出各设计环节需要注意的问题以及关键问题。
3．UHF RFID图书标签天线设计
分析图书馆管理对RFID技术的应用需求，得到在图书馆管理中标签的应用需求，根据提出的具体应用中UHF RFID标签天线设计方法，给出UHF RFID图书标签的设计方法，并设计图书标签天线，仿真分析其天线结构参数对标签天线性能的影响，同时根据实际需求，仿真天线基材，以及图书标签使用环境对标签天线性能的影响。根据以上的仿真分析以及优化目标，对标签天线的结构参数进行优化，最终得到满足图书馆应用需求的标签。
1.3.3创新性
1．UHF RFID标签天线设计仿真中加入了环境因素的仿真分析，同时提出了在具体应用中UHF RFID标签天线设计方法。即针对在实际应用中复杂环境对标签性能的影响，总结了标签性能影响的关键因素，并通过仿真进行了分析，最终总结了复杂环境UHF RFID标签设计流程。
2．根据提出的理论方法，解决了实际问题。依据提出的UHF RFID标签天线
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UHF RFID标签天线设计理论研究与应用
设计理论，分析图书馆标签设计需求，并设计了一款图书标签。
1.4论文结构
本文共有五个章节，各章节内容安排如下：
第一章是绪论，介绍了选题的背景及意义，UHF RFID标签天线在国内外的研究现状，以及图书馆管理中RFID技术的研究现状和存在的问题。同时指出了本文研究的主要内容。
第二章是关键技术理论，对本文涉及到的关键技术理论，包括RFID技术理论、天线理论以及RFID天线的基本理论。
第三章是UHF RFID标签天线设计理论的研究，主要从三个方面研究：一，提出在具体应用中UHF RFID标签天线的设计方法；二是UHF RFID标签性能影响因素的研究；三通过电磁学仿真对天线结构、基材和应用环境对标签性能的影响进行分析。
第四章是UHF RFID图书标签设计，首先分析应用需求，然后结合应用需求分析设计标签天线版图，通过仿真分析，得到满足图书馆应用需求的标签天线。
最后是总结和展望，总结本文研究的成果和不足，提出对课题的下一步研究和解决的问题。
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第2章RFID标签天线理论
2.1RFID技术
2.1.1RFID技术简介
射频识别24是无线电频率识别（Radio Frequency Identification， RFID )的简称，即通过无线电波进行识别。在RFID 系统中，识别信息存放在电子数据载体中，电子数据载体称为应答器。应答器中存放的识别信息由阅读器读出。在一些应用中，阅读器不仅可以读出存放的信息，而且可以对应答器写入数据，读、写过程是通过双方之间的无线通信来实现的。与其他识别方式相比，RFID具有多目标识别、运动物体识别、远距离目标识别等优点。
RFID技术各个频段有其技术特征和不同的应用领域，近距离RFID系统是指使用125KHz的LF和13.56MHz的HF频段，这两个频段的技术目前也最为成熟；远距离RFID系统使用的是433MHz、860~960MHz的UHF频段和2.45GHz、5.8GHz的微波频段。RFID技术在具体的应用领域，需要选择不同的频段的RFID系统。LF RFID系统主要应用于门禁管理，HF RFID系统主要用于智能卡、单品级物品追踪，UHF RFID系统主要用于单品级物品追踪、物流仓储中的托盘管理、集装箱管理，微波频段RFID系统主要用于不停车收费系统、人员管理等。
2.1.2RFID系统组成与工作原理
典型的RFID系统由标签、读写器、中间件和上层应用软件构成。简单的RFID系统至少包括标签和读写器，其读写器一般为手持机。整个系统中RFID中间件及应用软件合称为应用系统。RFID系统性能的关键在于标签的性能，标签性能取决于于RFID标签天线的特点和性能，在标签与读写器通过天线进行数据通信。如图2.1是典型的RFID系统。
图 2.1RFID系统结构
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UHF RFID标签天线设计理论研究与应用
RFID系统主要由三大部分组成： 1．电子标签
电子标签由芯片和天线组成，每个电子标签都有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象用来存储识别物体的相关信息。其主要功能有：具有一定的存储容量，可以存储物品的相关信息，如产品编号、名称、规格、颜色、位置及其它信息；在具体应用中，电子标签存储的的数据信息能够被读取或写入；数据信息编码后及时传送给阅读器。
在实际的应用系统中，电子标签的使用有两种基本形式：一种是电子标签处于移动状态，使用固定式读写器进行识别；另一种电子标签位置固定，则通过手持机等移动读写器识别。
RFID标签主要有以下几类分类方式：
按其有无电源分为被动标签和主动标签。被动标签，即无源标签，当接收到读写器发出的信号后，将部分微波能量转化为直流电流供自身供电，成本较低，比主动标签更小，读取距离也较近，一般在几厘米到数十米；主动标签，即有源标签，自身带有电池供电，读写距离也较远，体积较大，与被动标签相比成本相对更高。
按存储的信息是否可被改写，标签分为只读标签和可读写标签。只读标签的信息在集成电路生产时将信息写入，以后不能修改且只能被专用的读写器读取；可读写标签将其保存的信息内部的存贮区，需要改写时也可采用专门的编程或写入设备擦写。信息写入电子标签的时间大于读取标签的时间，其工作距离读取距离大于写入距离。
按照其工作的工作频率，RFID标签分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波频段（MW）等不同种类。低频系统典型的工作频率为125KHz、134KHz，高频系统典型频率为13.56MHz，超高频系统的工作频段433MHz、860~960MHz，微波频段一般典型的工作频率有2.45GHz、5.8GHz。
2．读写器
读写器是利用射频技术读写电子标签信息的设备。RFID系统工作时，一般首先由读写器发射一个特定的询问信号，当电子标签感应到这个信号后，就会给出应答信号，应答信号中含有电子标签携带的数据信息。读写器接收这个应答信号，并对其进行处理，然后将处理后的应答信号返回给外部主机，进行相应操作。
读写器和电子标签之间是通过软件来控制完成，在系统结构中，应用软件首先先对读写器发出指令，读写器对系统软件做出相应的响应，同时对电子标签发出不同的指令，与之建立通信关系。
3．系统高层
复杂的RFID系统会有多个读写器，每个读写器要同时对多个电子标签进行操
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