紧凑型射频识别标签天线设计研究

徐燕

摘 要：由于当前射频技术在整个社会内的普及，紧凑型射频识别标签设计也得到了越来越多的关注。本文首先将提出紧凑型射频识别标签天线设计的根本原理，其后展开后续设计工作。该天线主要是由U形寄生元件、T形匹配网络与弯折偶极子天线等部分共同组成。当设计工作完成后，则可以直接对其结构展开分析，得出采用调节 与 两项参数的方式能够得到适用阻抗值的结论。望本文研究的内容能够帮助广大视频技术研究学者，进一步拓宽在紧凑型射频识别标签天线方面的设计内容，推动相关研究的展开。

关键词：紧凑型；射频识别标签天线；设计研究

中图分类号：TP391.44文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）04（c）-0000-00

在这几年时间中，社会各界越来越强调射频识别技术的发展，尤其是其中的UHF频段RFID技术。该技术属于当前发展极为迅速的技术之一，其主要是通过射频信号的方式来识别各种不同的物体，同时这项技术也能够使用在安全控制、身份证明以及交通运输管理等不同领域。从超高频的角度来看，各个国家都会存在适合本国家实际情况的频段。本文所研究的标签天线属于RFID系统内部最为核心的部分之一，因为其主要是根据RFID芯片以及天线辐射单元共同组成，同时通道性能与天线特性能够直接确定阅读器与标签两者产生的有效距离。

1 紧凑型射频识别标签天线设计原理

大多数研究者为加强标签天线对应的距离，普遍会使用标签芯片以及标签天线达到两者直接的匹配。因为商业标签天线对应的抗阻典型值并不是大家认为的五十。其真正对应的抗阻典型值必须通过芯片抗阻共轭值决定，如此就能够将其中的大功率直接向标签芯片内传送。因为在大量环境中，标签芯片接触的物体相对较小，所以应该将不降低天线本身性能作为大前提，尽可能减小天线的体积。世界上同时也有大量学者已经开始展开相关研究。从RFID标签天线的设计环节内能够明确知道，因为半波长偶极子天线存在全向方向图，所以使用的次数更为频繁。而从UHF频段的角度来说，半波长天线的体积相对于其他天线来说更加庞大。这里可以将谐振作为例子，在915MHz谐振内，半波长对应则是164mm。相关设计者为保证天线尺寸能够更加紧密，必须采用偶极子天线展开变形以及弯折工作，进而降低天线本身的尺寸。

在下述文章内，笔者将重点强调一种新型的偶极子标签天线。该天线主要是由U形寄生元件、T形匹配网络与弯折偶极子天线等部分共同组成。同时采用调整矩T形匹配网络参数的方式能够更好的完成阻抗匹配工作。由此最后产生的天线普遍带宽更宽，并且结构更加紧凑。

2 紧凑型射频识别标签天线设计

上述出现的标签天线普遍是由U形寄生元件、T形匹配网络以及弯折偶极子天线共同组成。在整个设计过程内，使用的基板类型应该为Rogers5880，其中涉及到的介电常数则是2.2，厚度对应的数值为0.508mm，而损耗角正且对应的值则是0.0009。这里提出的厚度能够保证整个基板做到轻微弯折，由此就能够直接运用到存在共型标准的物体内。图1为一个简单的标签天线结构示意图，其中具体的尺寸都已经在图中注明，而总尺寸则应该是 。但当处于实际的加工环境内，设计者必须事先流出部分基片余量吧，保证后续工作的实施。在本文设计过程内，将采用 Alien Higgs-3的标签芯片完成，该芯片对应的输入阻抗等于915MHz时，其必须得到 等式。因此最后设计得到的标签天线内部对应芯片与输入阻抗必须做好共轭匹配。本文研究的天线可以通过Ansoft HFSS软件作为工具，進一步开展仿真优化工作。

3 设计结构与后续分析

采用参数分析的方式能够帮助相关学者更好的掌握本文设计的根本信息。这里出现的T形匹配网络普遍都是直接作为调整RFID天线内部阻抗匹配的重要方式。天线存在的阻抗可以采用转换匹配对应长与宽的数值来展开进一步的调整。整个匹配网络通过斜划线的方式，将具体的宽制定为 ，而具体的长则制定为 。在大多数环境内，天线输入抗阻中存在的虚部与具体实部都应该根据 的不断降低而降低，但其对虚部产生的作用要远大于对实部产生的作用。所以就能够进一步作出推论，当 超过一个固定值时，芯片阻抗曲线与天线输入阻抗曲线之间没有交集，同时也表明在该环境中，芯片与天线两者之间不能达到匹配工作的要求。同时 也会与 一样，产生类似现象。但若做好了上述两个参数的调整工作，就能够得到一个更加可靠的阻抗值。

U型寄生元件主要存在于偶极子天线对应的弯曲线内部。本文将采用 表示偶极子天线个与寄生元件之间产生的距离，其中寄生元件涉及到的线宽应该等于偶极子天线对应的线宽，两者数值上都等于2.5mm。在设计过程中，能够直接调整寄生元件本身高度，进而转变其与偶极子天线两者之间形成的耦合程度。在大多数环境中，天线对应的输入抗阻将由于 的不断降低而降低，同时天线谐振频率也将被 作用，两者之间呈现正相关关系。若 处于0.5mm到0.7mm内，那么天线对应的谐振频率应该在0.911GHz到0.922GHz的范围内。采用各种优化的方式，能够发现当天线处于915MHz时，对应的输入阻抗应该满足 等式。该数值近似使用Alien Higgs-3展开测试得到的芯片阻抗共轭值。

通过矢量网络分析仪能够进一步针对天线展开测试工作，标签天线发射系统基于UHF频段而产生的仿真测试曲线。天线-10dB宽带目前主要覆盖了欧洲、中国、美国等多个国家频段。

4 结语

针对性设计紧凑的RFID标签天线，在构成上主要经由弯折的偶极子天线、U形寄生元件以及T形匹配网络共同组成，设计金属尺寸为48×26.3平方毫米，若谐振频率的数值为915Hz，此时的天线宽带覆盖面为全球范围内的UHF射频识别频段。而实际天线宽度处于较宽状态，增益以及辐射性能都处于较为优质的状态。另外需要注意的是处于自由空间的天线在实际运用过程中，其阅读距离可以为9m。

参考文献

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