面向RFID應用的2.4GHz微帶天線(xiàn)的設計與實(shí)現

　　引言

　　RFID技術(shù)利用無(wú)線(xiàn)射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，可達到識別并交換數據的目的。與磁卡和IC卡等接觸式識別技術(shù)不同，RFID系統的電子標簽和讀寫(xiě)器之間無(wú)需物理接觸就可完成識別，屬于非接觸識別。RFID技術(shù)具有一些獨特的優(yōu)點(diǎn)，它可更廣泛地應用于交通運輸、醫療和防偽等領(lǐng)域中[1]。

　　隨著(zhù)我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，鐵道部已投入大量資金用于建立全路車(chē)號自動(dòng)識別系統的工程建設中，目標是在所有機車(chē)上安裝電子標簽，在所有區段站、編組站、大型貨運站安置地面讀寫(xiě)裝置，對運行的列車(chē)以及車(chē)輛信息進(jìn)行準確的識別。鐵路射頻車(chē)號自動(dòng)識別系統已經(jīng)成為鐵路信息化建設的一個(gè)重要組成部分。TKCG-08RFID列車(chē)自動(dòng)識別系統正是在這一背景下進(jìn)行研發(fā)的，它利用微波射頻通信技術(shù)，實(shí)現了列車(chē)車(chē)號的自動(dòng)識別。其數據通信方案如圖1所示。

　　數據傳輸是RFID系統運行的一個(gè)重要環(huán)節。射頻信號通過(guò)閱讀器天線(xiàn)和標簽天線(xiàn)的空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現數據傳遞，因此，天線(xiàn)在整個(gè)RFID系統中扮演著(zhù)重要角色，一方面天線(xiàn)的好壞決定了系統的通信質(zhì)量，另一方面天線(xiàn)決定了系統的通信距離。

　　根據工作頻段不同，在RFID產(chǎn)品中使用不同類(lèi)型的天線(xiàn)，可選擇的天線(xiàn)種類(lèi)很多。在選擇的時(shí)候，天線(xiàn)大小、成本、性能都是非常重要的因素。三種最常見(jiàn)的短距天線(xiàn)設備是PCB微帶天線(xiàn)、芯片天線(xiàn)和有一個(gè)連接器的鞭狀天線(xiàn)[2]。TKCG-08地鐵列車(chē)識別系統應用主要是將閱讀器安裝在線(xiàn)路軌道中間，射頻卡安裝在車(chē)體下部中央相應的位置，如圖2所示。當列車(chē)以一定速度通過(guò)閱讀器時(shí)，閱讀器識別出射頻卡相應的卡號，進(jìn)而得到列車(chē)車(chē)號信息。由于射頻卡體積有限，而且需要控制成本，微帶天線(xiàn)具有低成本、高性能、小尺寸等優(yōu)勢，因此選擇微帶天線(xiàn)作為本系統使用的天線(xiàn)形式。

　　微帶天線(xiàn)

　　微帶天線(xiàn)是在帶有導體接地板的介質(zhì)基片上貼加導體薄片而形成的天線(xiàn)。它利用微帶線(xiàn)、同軸線(xiàn)等饋線(xiàn)饋電，在導體貼片與接地板之間激勵起射頻電磁場(chǎng)，并通過(guò)貼片四周與接地板間的縫隙向外輻射，因此微帶天線(xiàn)可看作是一種縫隙天線(xiàn)，如圖3所示。和常用的微波天線(xiàn)相比，它有如下一些優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、成本低，饋電網(wǎng)絡(luò )可與天線(xiàn)結構一起制成，適用于用印刷電路技術(shù)大批量生產(chǎn)，能與有源器件和電路集成為單一的模件，容易獲得圓極化，容易實(shí)現雙頻、多頻段工作等[3]。

　　根據天線(xiàn)輻射特性的需要，可以設計貼片導體為各種形狀。通常貼片天線(xiàn)的輻射導體與金屬底板距離為幾十分之一波長(cháng)。假設輻射電場(chǎng)沿導體的橫向與縱向兩個(gè)方向沒(méi)有變化，僅沿約為半波長(cháng)的導體長(cháng)度方向變化，則微帶貼片天線(xiàn)的輻射基本上是由貼片導體開(kāi)路邊沿的邊緣場(chǎng)引起的，輻射方向基本確定。