金屬表面UHF RFID標簽天線(xiàn)設計

　　0 引言

　　RFID(無(wú)線(xiàn)射頻識別)系統主要由RFID讀寫(xiě)器和電子標簽組成。近年來(lái)，RFID技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域。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RFID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。作為RFID必不可少的一部分，電子標簽以其低成本、小體積、非接觸式等特性取代了傳統的二維條碼，普遍應用于身份識別、車(chē)輛管理、倉儲物流、防偽、零售等眾多領(lǐng)域。普通的超高頻電子標簽一般采用印制偶極子天線(xiàn)，該結構可以應用于貨物、商品、書(shū)本等采用非金屬介質(zhì)的表面，而在固定資產(chǎn)管理、集裝箱、機車(chē)、電子車(chē)牌、電力設施等許多領(lǐng)域，由于采用了金屬表面結構，傳統的超高頻電子標簽在金屬表面幾乎不能正常工作，對此本文設計了一款工作在902～928 MHz的低成本、小體積、高增益的抗金屬電子標簽天線(xiàn)。

　　1 現有的金屬表面標簽天線(xiàn)

　　目前在美國和歐洲等發(fā)達國家，金屬表面標簽技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，廣泛應用到了物流中的各個(gè)領(lǐng)域，而我國普通的超高頻電子標簽已經(jīng)十分普及，但可以真正用于金屬表面的電子標簽很少。金屬表面標簽技術(shù)仍處于起步階段，國內許多金屬表面標簽天線(xiàn)都是在傳統的偶極子標簽天線(xiàn)上改進(jìn)的，通過(guò)增加標簽天線(xiàn)與金屬表面的距離來(lái)減少金屬反射面對標簽的影響。標簽天線(xiàn)與金屬表面的距離H應保持1 cm以上的高度，這樣雖然提高了標簽的讀取距離，但會(huì )使整個(gè)標簽的體積和成本增加，天線(xiàn)的帶寬降低，并沒(méi)有很好地解決表面金屬對標簽天線(xiàn)的影響，此時(shí)標簽天線(xiàn)的性能遠沒(méi)有其用于非金屬表面的性能好;基于陶瓷介質(zhì)的微帶天線(xiàn)也可以用到金屬表面，它利用陶瓷介質(zhì)的高介電常數，使天線(xiàn)的體積能夠做到很小，利用金屬表面作為自己更大的反射面，使天線(xiàn)的性能十分穩定，但由于陶瓷天線(xiàn)的造價(jià)太高，不適合電子標簽的低成本批量生產(chǎn);另外一種可適用金屬表面的標簽天線(xiàn)方案是在天線(xiàn)輻射面與金屬面之間增加一層AMC(人工磁導體)結構，如圖1所示。通過(guò)AMC的高阻抗特性使電子標簽與AMC之間產(chǎn)生的磁流方向和金屬面與 AMC之間的磁流方向相同，從而提高電子標簽的增益與讀取距離，但這項技術(shù)目前研究的難度和成本都很高，仍處于實(shí)驗室階段。

　　2 印刷結構標簽天線(xiàn)

　　針對目前金屬表面用超高頻RFID電子標簽的應用需求，設計了一款新型結構的電子標簽天線(xiàn)。該天線(xiàn)首先在一片平面材料(如PVC薄膜、紙等)上采用銀漿(或銅、鋁等)印刷，如圖2所示的平面結構。標簽芯片安裝后，將此平面貼紙標簽沿折線(xiàn)粘貼于方形介質(zhì)材料上。

　　當此標簽固定在金屬表面(無(wú)論使用標簽的哪一個(gè)面貼于金屬)使用時(shí)，標簽天線(xiàn)可以等效成PIFA天線(xiàn)模型(如圖3所示)。此時(shí)金屬平面作為天線(xiàn)的反射面，對天線(xiàn)的性能將產(chǎn)生有益的影響。圖3中尺寸結構：w=45 mm，l=95 mm，h=5 mm，w1=31 mm。