物联网作为新兴战略性产业得到了全社会的广泛关注,射频识别(Radio Frequency identification,RFID)技术作为物联网技术中流行的技术也得到了迅速的发展与应用。其中超高频(Ultrahigh Frequency, UHF)RFID技术与工作在其他频段的RFID技术相比,具有更远的读取距离、更多的信息容量、更快的阅读响应与相对低廉的价格而得到了广泛的研究与应用。完整的超高频RFID系统包括标签(Tag,有源标签和无源标签)、阅读器(Reader)和天线(Antenna,包括Tag天线和阅读器天线)三部分。其中Tag作为物体信息的“携带者”会被固定在物体上,而金属物体表面会对Tag上的天线的工作性能产生很多影响,进而影响整个RFID系统的性能,因此金属物体表面的标签天线(Tag antenna)如何设计成了一大问题。而更好的结果是能保证同一个标签天线在不同物体表面都能够正常地工作,当标签从非金属面放到金属面上时,性能能够保持稳定。本文将以天线设计知识与电磁场理论,详细研究超高频RFID系统标签天线的天线设计与性能测试。首先,综合考虑UHF RFID系统的特点,探究了不同类型天线在无源标签上的使用情况,得出了微带天线(patch antenna)是一个更佳的选择的结论。同时对超高频RFID系统下的标签天线的仿真方法、性能指标及测量方法进行了学习、研究与总结。其次,针对一个钢铁厂的需求,设计了一个工作在超高频RFID频段内的抗金属标签天线。该天线是带有短路面的微带天线,结构简单且阻抗易于调节,针对Monza4芯片进行结构优化后,天线与芯片的功率传输系数能够达到0.95,并且最终实际测量得到的最大阅读距离也超过3m,符合设计预期与性能要求。同时为了探究2.45GHz频段下无源标签使用的可能及其优劣势,设计出了一个工作在该频段下的、可以工作的金属表面的标签天线。该天线辐射体是由三个偶极子组合而成,基底由玻璃和FR4组成,双基底可以有效的减小尺寸同时保证阻抗稳定性。它工作在金属表面和非金属表面时的传输系数(τ)都能达到0.98,而计算得到的阅读距离(reader range)分别为3.12m和4.31m,表现出了不错的稳定性。不过与传统的有源标签相比,阅读距离还是太小,但是成本相对也低。综合考虑得出无源超高频RFID系统的工作频段选在860-960MHz之间,能够达到长阅读距离和低成本的双平衡。再次,利用微带理论进行分析与推导,得到了一种可以有效调节标签微带天线(Tagpatch antenna)的阻抗和增益的方法。该方法是通过在微带天线的辐射缝隙和非辐射缝隙方向上对地平面(Ground)进行一定延伸,来达到调节天线阻抗与增大天线增益的目的。同时利用该方法,提出了简单、通用的使标签微带天线工作在不同物体表面而性能稳定的设计方法,该方法会在非金属表面和金属表面之间找出一个平衡点,使其在不同表面表现出稳定的工作特性。最后,利用两个单天线及一个滤波器结构设计了一个结构紧凑、可以工作在三个频段的多输入多输出(MIMO)天线,并对该天线的性能参数进行了测量与分析,表面MIMO天线也能在保证较小尺寸的同时获得良好性能,也就是可以满足RFID系统中对于天线小型化的要求。同时对MIMO天线在超高频RFID系统未来的应用作了分析与阐述。