緊湊型射頻識別標簽天線設計研究

徐燕

摘 要：由于當前射頻技術(shù)在整個社會內(nèi)的普及，緊湊型射頻識別標簽設計也得到了越來越多的關(guān)注。本文首先將提出緊湊型射頻識別標簽天線設計的根本原理，其后展開后續(xù)設計工作。該天線主要是由U形寄生元件、T形匹配網(wǎng)絡與彎折偶極子天線等部分共同組成。當設計工作完成后，則可以直接對其結(jié)構(gòu)展開分析，得出采用調(diào)節(jié) 與 兩項參數(shù)的方式能夠得到適用阻抗值的結(jié)論。望本文研究的內(nèi)容能夠幫助廣大視頻技術(shù)研究學者，進一步拓寬在緊湊型射頻識別標簽天線方面的設計內(nèi)容，推動相關(guān)研究的展開。

關(guān)鍵詞：緊湊型；射頻識別標簽天線；設計研究

中圖分類號：TP391.44文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（c）-0000-00

在這幾年時間中，社會各界越來越強調(diào)射頻識別技術(shù)的發(fā)展，尤其是其中的UHF頻段RFID技術(shù)。該技術(shù)屬于當前發(fā)展極為迅速的技術(shù)之一，其主要是通過射頻信號的方式來識別各種不同的物體，同時這項技術(shù)也能夠使用在安全控制、身份證明以及交通運輸管理等不同領(lǐng)域。從超高頻的角度來看，各個國家都會存在適合本國家實際情況的頻段。本文所研究的標簽天線屬于RFID系統(tǒng)內(nèi)部最為核心的部分之一，因為其主要是根據(jù)RFID芯片以及天線輻射單元共同組成，同時通道性能與天線特性能夠直接確定閱讀器與標簽兩者產(chǎn)生的有效距離。

1 緊湊型射頻識別標簽天線設計原理

大多數(shù)研究者為加強標簽天線對應的距離，普遍會使用標簽芯片以及標簽天線達到兩者直接的匹配。因為商業(yè)標簽天線對應的抗阻典型值并不是大家認為的五十。其真正對應的抗阻典型值必須通過芯片抗阻共軛值決定，如此就能夠?qū)⑵渲械拇蠊β手苯酉驑撕炐酒瑑?nèi)傳送。因為在大量環(huán)境中，標簽芯片接觸的物體相對較小，所以應該將不降低天線本身性能作為大前提，盡可能減小天線的體積。世界上同時也有大量學者已經(jīng)開始展開相關(guān)研究。從RFID標簽天線的設計環(huán)節(jié)內(nèi)能夠明確知道，因為半波長偶極子天線存在全向方向圖，所以使用的次數(shù)更為頻繁。而從UHF頻段的角度來說，半波長天線的體積相對于其他天線來說更加龐大。這里可以將諧振作為例子，在915MHz諧振內(nèi)，半波長對應則是164mm。相關(guān)設計者為保證天線尺寸能夠更加緊密，必須采用偶極子天線展開變形以及彎折工作，進而降低天線本身的尺寸。

在下述文章內(nèi)，筆者將重點強調(diào)一種新型的偶極子標簽天線。該天線主要是由U形寄生元件、T形匹配網(wǎng)絡與彎折偶極子天線等部分共同組成。同時采用調(diào)整矩T形匹配網(wǎng)絡參數(shù)的方式能夠更好的完成阻抗匹配工作。由此最后產(chǎn)生的天線普遍帶寬更寬，并且結(jié)構(gòu)更加緊湊。

2 緊湊型射頻識別標簽天線設計

上述出現(xiàn)的標簽天線普遍是由U形寄生元件、T形匹配網(wǎng)絡以及彎折偶極子天線共同組成。在整個設計過程內(nèi)，使用的基板類型應該為Rogers5880，其中涉及到的介電常數(shù)則是2.2，厚度對應的數(shù)值為0.508mm，而損耗角正且對應的值則是0.0009。這里提出的厚度能夠保證整個基板做到輕微彎折，由此就能夠直接運用到存在共型標準的物體內(nèi)。圖1為一個簡單的標簽天線結(jié)構(gòu)示意圖，其中具體的尺寸都已經(jīng)在圖中注明，而總尺寸則應該是 。但當處于實際的加工環(huán)境內(nèi)，設計者必須事先流出部分基片余量吧，保證后續(xù)工作的實施。在本文設計過程內(nèi)，將采用 Alien Higgs-3的標簽芯片完成，該芯片對應的輸入阻抗等于915MHz時，其必須得到 等式。因此最后設計得到的標簽天線內(nèi)部對應芯片與輸入阻抗必須做好共軛匹配。本文研究的天線可以通過Ansoft HFSS軟件作為工具，進一步開展仿真優(yōu)化工作。

3 設計結(jié)構(gòu)與后續(xù)分析

采用參數(shù)分析的方式能夠幫助相關(guān)學者更好的掌握本文設計的根本信息。這里出現(xiàn)的T形匹配網(wǎng)絡普遍都是直接作為調(diào)整RFID天線內(nèi)部阻抗匹配的重要方式。天線存在的阻抗可以采用轉(zhuǎn)換匹配對應長與寬的數(shù)值來展開進一步的調(diào)整。整個匹配網(wǎng)絡通過斜劃線的方式，將具體的寬制定為 ，而具體的長則制定為 。在大多數(shù)環(huán)境內(nèi)，天線輸入抗阻中存在的虛部與具體實部都應該根據(jù) 的不斷降低而降低，但其對虛部產(chǎn)生的作用要遠大于對實部產(chǎn)生的作用。所以就能夠進一步作出推論，當 超過一個固定值時，芯片阻抗曲線與天線輸入阻抗曲線之間沒有交集，同時也表明在該環(huán)境中，芯片與天線兩者之間不能達到匹配工作的要求。同時 也會與 一樣，產(chǎn)生類似現(xiàn)象。但若做好了上述兩個參數(shù)的調(diào)整工作，就能夠得到一個更加可靠的阻抗值。

U型寄生元件主要存在于偶極子天線對應的彎曲線內(nèi)部。本文將采用 表示偶極子天線個與寄生元件之間產(chǎn)生的距離，其中寄生元件涉及到的線寬應該等于偶極子天線對應的線寬，兩者數(shù)值上都等于2.5mm。在設計過程中，能夠直接調(diào)整寄生元件本身高度，進而轉(zhuǎn)變其與偶極子天線兩者之間形成的耦合程度。在大多數(shù)環(huán)境中，天線對應的輸入抗阻將由于 的不斷降低而降低，同時天線諧振頻率也將被 作用，兩者之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。若 處于0.5mm到0.7mm內(nèi)，那么天線對應的諧振頻率應該在0.911GHz到0.922GHz的范圍內(nèi)。采用各種優(yōu)化的方式，能夠發(fā)現(xiàn)當天線處于915MHz時，對應的輸入阻抗應該滿足 等式。該數(shù)值近似使用Alien Higgs-3展開測試得到的芯片阻抗共軛值。

通過矢量網(wǎng)絡分析儀能夠進一步針對天線展開測試工作，標簽天線發(fā)射系統(tǒng)基于UHF頻段而產(chǎn)生的仿真測試曲線。天線-10dB寬帶目前主要覆蓋了歐洲、中國、美國等多個國家頻段。

4 結(jié)語

針對性設計緊湊的RFID標簽天線，在構(gòu)成上主要經(jīng)由彎折的偶極子天線、U形寄生元件以及T形匹配網(wǎng)絡共同組成，設計金屬尺寸為48×26.3平方毫米，若諧振頻率的數(shù)值為915Hz，此時的天線寬帶覆蓋面為全球范圍內(nèi)的UHF射頻識別頻段。而實際天線寬度處于較寬狀態(tài)，增益以及輻射性能都處于較為優(yōu)質(zhì)的狀態(tài)。另外需要注意的是處于自由空間的天線在實際運用過程中，其閱讀距離可以為9m。

參考文獻

[1]李棟，后驥.基于對數(shù)螺旋曲線的寬帶高仰角HF小型化通信天線[J].現(xiàn)代電子技術(shù).2015（03）：156-160.

[2]韓雪.一種小型化的2.4GHz寬頻帶微帶天線的設計與仿真[J].無線通信技術(shù).2014（01）：86-89.

[3]彭宇，王蕾，郭福強，胡通海.一種超寬帶小型化探地雷達天線的設計[J].物探與化探.2014（04）：78-81.

[4]王世偉，楊林，王敏，楊超.小型化寬頻帶PIFA天線的設計與仿真[J].微波學報.2014（S3）：103-112.