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湿度与人们的生产生活息息相关,为了创造更好的生活环境和生产条件,人们对湿度从简单测量演变成了实时监测和自动调控,湿度传感器的应用也越来越广泛。目前市场上常见的湿度传感器大多需要接入复杂的运算电路,检测成本较高。于是,低成本、低功耗、工作寿命长的无芯片RFID湿度传感器得到了人们的广泛关注。无芯片RFID湿度传感器能够集成无芯片RFID标签与传感器的两种功能:利用射频识别技术对目标物体进行识别、跟踪、定位;同时还能实现对湿度变化的监测。因此,无芯片RFID湿度传感器具有重要的研究意义和良好的应用前景。在国家自然科学基金(No.61372008)、广东省科技计划(No.2014A010103014,No.2015B010101006)等项目的支持下,本论文研究了无芯片RFID湿度传感器及其阅读器天线的工作原理和设计方法,主要工作内容如下:(1)设计了一种基于开口切角环结构的无芯片RFID湿度传感器。该传感器由三个同轴的开口切角环谐振单元嵌套组成,其中外侧两个环为标签编码单元,可以用来存储传感器的身份信息;位于内侧的环为传感单元,在传感单元表面涂敷湿敏材料(聚乙烯醇)即可将标签加工成无芯片RFID湿度传感器。传感器的整体尺寸为15×15×0.8 mm~3,工作频段为4–7.5 GHz。在实现小型化的同时保证了传感器在交叉极化方向上有较强的后向散射信号,提高了传感器在复杂环境中工作的鲁棒性。使用频移编码技术使得传感器能够编码6 bits身份信息。最后通过实测验证了该传感器在潮湿环境中工作的可行性。在58%–78%的测试湿度范围内,传感器灵敏度为3.65 MHz/%RH。(2)设计了一种基于电耦合LC谐振器的无芯片RFID湿度传感器。为了改进传感器的工作性能,本文设计了一种Z-gap谐振器作为传感单元,它具有良好的谐振特性,能够提高传感单元对材料介电常数变化的灵敏度。通过加载完整金属地板使得Z-gap谐振器具有变极化特性。然后采用三个嵌套的切角正方形环作为编码单元,使用频移编码技术使得传感器能够编码9 bits身份信息。通过将传感单元嵌套于编码单元内部形成了整体尺寸为20×20×0.8 mm~3的无芯片RFID湿度传感器。最后通过实测验证了该无芯片RFID湿度传感器在实际环境中工作的可靠性。在50%–80%的测试湿度范围内,传感器灵敏度达到了5.9 MHz/%RH。(3)设计了一种共面波导馈电的双极化超宽带天线。该天线由两个正交分布的超宽带缝隙天线单元组成,天线的实测结果表明该天线的阻抗带宽可以覆盖3.1–10.6 GHz超宽带频段,天线单元间的隔离度在超宽带频段内均大于25 dB,并且在工作频段内保持了较好的全向辐射特性。该双极化天线具有低剖面、低成本、易与小型移动设备相集成等优势。最后通过标签测试验证了该双极化天线在无芯片RFID阅读系统中应用的可行性。