一種新型寬頻帶標簽天線(xiàn)的設計與分析

摘要：提出一種寬帶電子標簽天線(xiàn)，該天線(xiàn)適用于多標準超高頻射頻識別(RFID)系統，由一個(gè)類(lèi)偶極子輻射體和一個(gè)饋電環(huán)構成。類(lèi)偶極子輻射體包含兩個(gè)變形彎折偶板子天線(xiàn)，這兩個(gè)變形彎折偶極子天線(xiàn)的長(cháng)度有差別。它們可以形成兩個(gè)相近的諧振點(diǎn)，使得天線(xiàn)的阻抗(特別是虛部)在840～956 MHz的范圍內保持平穩，以獲得與芯片阻抗在較寬頻段內的良好的共軛阻抗匹配，從而使天線(xiàn)獲得一個(gè)非常寬的帶寬(840～975 MHz)。該帶寬足以覆蓋全球超高頻RFID頻率范圍，使得標簽可以全球通用，大大減少了重復設計工作量，有效降低了成本。最后基于仿真模型，加工了一個(gè)天線(xiàn)實(shí)物，實(shí)物測量結果與仿真結果吻合良好。
關(guān)鍵詞：偶極子天線(xiàn)；阻抗匹配；射頻識別；帶寬

0 引言
RFID(Radio Frequency Identification)是一種非接觸式的自動(dòng)的無(wú)線(xiàn)電射頻識別技術(shù)，它通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，識別工作無(wú)須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。該技術(shù)自20世紀80年代以來(lái)得到迅速發(fā)展和廣泛應用，是一項利用射頻信號通過(guò)空間耦合實(shí)現無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。作為一種自動(dòng)識別與數據采集技術(shù)在商業(yè)、制造業(yè)、交通運輸業(yè)、物流管理、安全檢查、票證管理、軍事裝備等領(lǐng)域得到廣泛應用，應用行業(yè)不斷擴大，理論得到豐富、發(fā)展和完善，正在發(fā)展成為一個(gè)跨專(zhuān)業(yè)的獨立領(lǐng)域。許多企業(yè)紛紛投入到射頻技術(shù)的應用與推廣中，以此來(lái)提高運營(yíng)效率和效益。美軍是最早將RFID技術(shù)運用于軍事物流的國家，并在實(shí)戰中取得了令人矚目的軍事效益，RFID技術(shù)已逐步成為提高軍事物流供應鏈管理水平，降低保障成本，增強物流保障能力的重要技術(shù)工具和手段。國內RFID目前主要使用的頻段有125 kHz(低頻)、13．56 MHz(中高頻)、902～928 MHz(超高頻)，越來(lái)越多的研究機構開(kāi)始對超高頻(UHF)REID系統進(jìn)行研究，以實(shí)現系統的遠距離、高速率、低成本等特性。
由于UHF頻段電子標簽具有遠距離、動(dòng)態(tài)下讀取信息的能力，所以已在停車(chē)收費、零售管理、公共交通和汽車(chē)安全防盜等領(lǐng)域逐漸得到應用。天線(xiàn)是RFID標簽系統的關(guān)鍵器件，這是因為天線(xiàn)的尺寸制約著(zhù)標簽小型化發(fā)展，而天線(xiàn)的寬頻帶對減少標簽成本都有實(shí)際意義。出于低成本和簡(jiǎn)化標簽結構的需要，標簽芯片與標簽天線(xiàn)一般是直接連接，期間沒(méi)有任何匹配電路。這就要求天線(xiàn)的阻抗設計要與阻抗匹配，以實(shí)現最大功率傳輸。而芯片的阻抗與傳統的50 Ω不同，典型值一般是實(shí)部較小，而虛部較大的復阻抗。要匹配這樣一個(gè)復阻抗，會(huì )使天線(xiàn)的帶寬變窄，因此寬帶RFID標簽天線(xiàn)成為當前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
本研究基于兩個(gè)變型彎折偶極子天線(xiàn)，通過(guò)引入合適的饋電結構同時(shí)進(jìn)行饋電，使天線(xiàn)的帶寬得以拓寬。并基于電磁仿真軟件Ansoft HFSS的仿真分析，設計并加工了一個(gè)實(shí)物天線(xiàn)。實(shí)測結果與仿真結果吻合良好，驗證了該設計的有效性。

1 天線(xiàn)原理與設計
根據參考文獻，天線(xiàn)模型可以等效為如圖1所示的天線(xiàn)模型。當寄生單元無(wú)限長(cháng)時(shí)，圖1模型可以等效為圖2所示的等效電路模型。