一種小型UHF RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)設計

摘要：基于RFID系統對天線(xiàn)的要求，提出了一種適用于UHF頻段上的RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)。該天線(xiàn)采用背饋饋電方法，通過(guò)在分形結構上采用非對稱(chēng)矩形切角來(lái)實(shí)現天線(xiàn)的小型化和圓極化。利用電磁仿真軟件分析了天線(xiàn)性能，仿真與測試結果吻合良好。
關(guān)鍵詞：分形；田極化；超高頻；微帶天線(xiàn)

0 引言
無(wú)線(xiàn)射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)是一種借助于電磁波傳播和感應而進(jìn)行的自動(dòng)識別技術(shù)，該技術(shù)作為一種快速、實(shí)時(shí)、準確采集與處理信息的高新技術(shù)和信息標準化的基礎，被列為21世紀十大重要技術(shù)之一。目前已廣泛應用于物流管理、動(dòng)物識別和電子收費等領(lǐng)域。無(wú)源UHF RFID技術(shù)具有工作距離遠和數據傳送速度快等特點(diǎn)，被認為是最具有應用前景的RFID技術(shù)。在UHF RFID系統中，天線(xiàn)性能的高低直接影響系統的識別距離，是一個(gè)非常重要的器件。隨著(zhù)UHF RFID技術(shù)的發(fā)展，小型化、高增益、低成本的天線(xiàn)越來(lái)越受關(guān)注。在眾多可適用于UHF RFID系統閱讀器的天線(xiàn)中微帶貼片天線(xiàn)因其結構簡(jiǎn)單、便于加工制作而被更多的研究和應用。傳統的矩形微帶貼片天線(xiàn)尺寸為諧振頻率的半波長(cháng)，天線(xiàn)的尺寸受到嚴格的限制?？梢酝ㄟ^(guò)提高介質(zhì)基片介電常數、加載短路探針、加載縫隙等方法實(shí)現貼片天線(xiàn)尺寸的減小，但是天線(xiàn)的性能會(huì )受到很大的影響，尤其是天線(xiàn)的增益和帶寬。本文在這樣的背景下設計了一款小型化、高增益微帶天線(xiàn)。該天線(xiàn)基于Minkowski分形結構，并在其基礎上通過(guò)矩形切角來(lái)實(shí)現圓極化，滿(mǎn)足UHFRFID系統對天線(xiàn)的要求。該微帶分形天線(xiàn)的中心
工作頻率為915 MHz，增益最大可以達到6．15 dBi，-10 dB阻抗帶寬為905～930 MHz，物理尺寸為140 mm×140 mm。仿真結果和測試結果吻合較好，從而驗證了本文設計的正確性。

1 天線(xiàn)的設計
分形結構通常是按照一定的分形因子對初始單元進(jìn)行自相似迭代生成的，初始單元決定了分形圖形的框架，分形因子決定了分形圖形的內部結構。Minkowski分形邊界的構造過(guò)程如圖1所示。

設初始貼片的直線(xiàn)邊長(cháng)為a，分形因子IF=1／n，即貼片直線(xiàn)邊中央挖去的矩形區域寬度為a／n，設挖去的矩形區域深度為b，即挖去一個(gè)a／n×b的矩形區域，深度和寬度之比：

對于矩形微帶貼片天線(xiàn)單元M0、一階Minkowski分形貼片微帶天線(xiàn)單元M1和二階Minkowski分形貼片微帶天線(xiàn)單元M2而言，M1和M2是在M0的基礎上分形而來(lái)，貼片總尺寸不變，如圖2所示。不同的分形因子1階Minkowski分形貼片微帶天線(xiàn)如圖3所示。

通過(guò)研究發(fā)現，Minkowski分形貼片微帶天線(xiàn)具有良好的尺寸縮減特性，可以諧振于更低的頻率，隨迭代系數的增加諧振頻率逐漸降低，但是當迭代系數超過(guò)2時(shí)，諧振頻率的降低趨于緩慢，并且加工難度也隨之增加。因此迭代系數一般小于2。