Hilbert分形結構在RFID標簽天線(xiàn)中的應用

3 一維Hilbert分形標簽天線(xiàn)分析

　　為了提高Hilbert分形結構的RFID標簽天線(xiàn)的效率，本文提出了另一種形式的Hilbert標簽天線(xiàn)結構，如圖5所示。 諧振頻率為915MHz的半波振子天線(xiàn)長(cháng)度2L = 149mm. 取三等分彎折線(xiàn)，各彎折線(xiàn)段長(cháng)度均為h = 2417mm,在彎折線(xiàn)部分采用Hilbert分形變換，彎折線(xiàn)天線(xiàn)為0階Hilbert標簽天線(xiàn)。

　　用矩量法對一維Hilbert標簽天線(xiàn)進(jìn)行仿真，結果如圖6, 7所示，天線(xiàn)參數見(jiàn)表2.

　　圖5　一維Hilbert分形標簽天線(xiàn)結構

圖6　一維Hilbert分形標簽天線(xiàn)的方向圖仿真結果

圖7　一維Hilbert分形標簽天線(xiàn)的S11曲線(xiàn)

　　從圖6和表2可以看出，一維Hilbert分形標簽天線(xiàn)的方向圖基本相同，諧振頻率隨階數的增加不斷下降，但下降幅度逐漸趨緩。 2階一維Hilbert標簽天線(xiàn)的諧振頻率下降到半波偶極子天線(xiàn)諧振頻率的49. 2%時(shí)，其天線(xiàn)效率為62. 91% ,是2階二維Hil2bert標簽天線(xiàn)效率（8. 83% ）的7. 1倍。 這說(shuō)明了一維Hilbert結構的分形天線(xiàn)在縮減天線(xiàn)尺寸的同時(shí)，能夠保持標簽天線(xiàn)的性能不急劇下降。 經(jīng)過(guò)推算，在915MHz諧振頻率下， 2 階一維Hilbert分形標簽天線(xiàn)的兩臂長(cháng)度約為半波振子天線(xiàn)長(cháng)度的50% ,具有較好的尺寸縮減特性。

　　表2　一維Hilbert分形標簽天線(xiàn)參數

4　試驗測試

根據前面Hilbert天線(xiàn)的仿真結果，制作了如圖8所示的1階一維Hilbert分形標簽天線(xiàn)。

　　圖8　1階一維Hilbert分形標簽天線(xiàn)

　　天線(xiàn)兩端的直線(xiàn)長(cháng)度為50mm, Hilbert分形高度為20mm,饋點(diǎn)間距1mm,測得915MHz頻率處天線(xiàn)的等效輸入阻抗為15 + j245. 采用的標簽IC是Atmel公司的ATA5590,芯片IC端口阻抗為12 -j217,符合RFID國際標準EPC Class1 Gen2.

　　使用的閱讀器是AW ID公司的MPR23014閱讀器，支持EPC Class1 Gen2 標準。 在天線(xiàn)輻射功率4W、中心頻率915MHz、標簽天線(xiàn)面與閱讀器天線(xiàn)面水平的試驗條件下，閱讀距離為5. 6m. 根據報導，偶極子RFID 標簽在RFID 閱讀器輸出4W射頻功率的條件下可以達到7. 2m的識別距離。實(shí)驗結果顯示，本文制作的RFID 標簽天線(xiàn)的性能基本達到應用的要求。

　　5 結論

　　Hilbert分形結構天線(xiàn)由于其具有空間填充特性，有利于RFID標簽天線(xiàn)的小型化設計。 隨著(zhù)分形階數的不斷增加，與二維Hilbert標簽天線(xiàn)相比，一維Hilbert標簽天線(xiàn)在具備尺寸縮減特性的同時(shí)，有效地保持了天線(xiàn)的效率不急劇下降。 運用一維Hil2bert標簽天線(xiàn)，可以實(shí)現諧振在915MHz的小型化高效率的RFID標簽天線(xiàn)。