一種可手戴RFID標簽天線(xiàn)設計

1引言

隨著(zhù)射頻識別（RFID）技術(shù)的快速發(fā)展，射頻識別系統得到了越來(lái)越廣泛的應用。由于分米波波段（UHF）的RFID系統具有高的讀取速率以及較長(cháng)的讀取距離，因此近年來(lái)關(guān)于UHF波段的RFID系統的研究越來(lái)越多。無(wú)源的RFID標簽（Tag）通常由RFID標簽芯片和RFID標簽天線(xiàn)構成。RFID標簽天線(xiàn)的設計對于RFID系統具有十分重要的作用，近來(lái)，關(guān)于RFID標簽天線(xiàn)的研究越來(lái)越多，尤其是對于900MHz頻段的RFID標簽天線(xiàn)。一些基于偶極子結構的標簽天線(xiàn)已經(jīng)在許多RFID系統中得到成功的應用，但是在一些特殊的應用中，當標簽靠近金屬表面或者貼在金屬表面時(shí)，標簽天線(xiàn)的阻抗特性會(huì )受到很大的影響，導致讀取距離大大減小，甚至無(wú)法工作。這個(gè)問(wèn)題受到了許多研究者的關(guān)注，在一些文章中提出了可以放置在金屬表面的RFID標簽天線(xiàn)，這些天線(xiàn)自身都帶有金屬地結構，因此當放置在金屬表面上時(shí)仍可以良好的工作。但是，這些天線(xiàn)所匹配的RFID標簽芯片的阻抗的實(shí)部值都較小，一般都小于20。而現有的一些RFID標簽芯片的阻抗實(shí)部接近40，本文所提出的RFID標簽天線(xiàn)所使用的RFID標簽芯片的阻抗實(shí)部為42。

另一方面，隨著(zhù)個(gè)人電子通信領(lǐng)域的發(fā)展，可穿戴天線(xiàn)也得到了越來(lái)越多的研究。在RFID領(lǐng)域，可穿戴的RFID標簽也有著(zhù)很大的發(fā)展前景。除了當RFID標簽天線(xiàn)靠近金屬時(shí)會(huì )使天線(xiàn)特性改變外，一般的RFID標簽天線(xiàn)在靠近人體的情況下，也會(huì )使得阻抗特性發(fā)生很大變化，使得讀取距離大大縮短。

本文提出了一種可以帶在手腕上的RFID標簽天線(xiàn)，首先對所提出天線(xiàn)的平面結構進(jìn)行研究，然后對將天線(xiàn)戴在手腕上時(shí)的情況進(jìn)行了仿真分析，并制作了天線(xiàn)實(shí)物進(jìn)行了測量。

2天線(xiàn)結構

本文所設計的天線(xiàn)是對應一種工作在915MHz的RFID標簽芯片而設計的，該種芯片的輸入阻抗為42-j157Ω。通過(guò)調節參數，本文提出的天線(xiàn)很容易與具有其他輸入阻抗值得芯片相匹配。天線(xiàn)的平面結構如圖1所示。

圖1RFID標簽天線(xiàn)平面結構

該天線(xiàn)主要由三部分組成，地板，主輻射貼片以及耦合饋電貼片。其中主輻射貼片為兩個(gè)對稱(chēng)的貼片，兩個(gè)貼片之間間隔為1mm，貼片的外端由短路片與地板相連。主輻射貼片與地之間采用泡沫層支撐。主輻射貼片上有一對對稱(chēng)的耦合饋電貼片，相距1mm，標簽芯片對耦合饋電片對稱(chēng)饋電，耦合貼片與輻射貼片之間通過(guò)容性耦合傳遞能量。主輻射貼片與耦合貼片之間放置FR4介質(zhì)板，er=4.4。通過(guò)調節主輻射貼片的長(cháng)度L1可以調整天線(xiàn)的諧振頻率，而天線(xiàn)的輸入阻抗由參數W1，Lc調節。本文所設計的天線(xiàn)尺寸如表1所示。

表1 RFID標簽天線(xiàn)尺寸參數（單位：mm）

3仿真與測量結果

因為當將天線(xiàn)戴在手腕上時(shí)，天線(xiàn)的形狀會(huì )發(fā)生較大的變化，所以天線(xiàn)設計時(shí)，除了要考慮天線(xiàn)處于平面結構時(shí)的特性外，還需要進(jìn)一步考慮當天線(xiàn)被戴在手腕上時(shí)發(fā)生形變后的特性。在仿真研究中，用如圖2所示的環(huán)形結構來(lái)模擬當天線(xiàn)戴在手腕上后的情況。天線(xiàn)在不同形狀下的回波損耗如圖3所示。