UHF频段RFID多应用天线设计

2010-01-06 19:18:27来源: EDNCHINA 关键字:SL3IC3001  UHF  RFID  天线  射频

 

电子科技大学  邓向东 王亚非 王占平

0 引 言

RFID是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术,它包括电子标签(tag)和读写器(reader)两个主要部分,附有编码的标签和读写器通过天线进行无接触数据传输,以完成一定距离的自动识别过程。RFID标签具有体积小,寿命长,能穿透非导电性材料等特点,可支持快速读写、非可视识别、移动识别、定位及长期跟踪管理。RFID技术在物流与供应链管理、生产管理与控制、防伪与安全控制、交通管理与控制等各领域,可以大幅提高管理和运作效率,降低成本,具有重大的应用潜力。随着相关技术的不断完善和成熟,RFID产业将成为一个新兴的高技术产业群,成为国民经济新的增长点。因此,研究RFID技术,发展RFID产业,对提升社会信息化水平,促进经济可持续发展,提高人民生活质量,增强公共安全及国防安全等方面将产生深远影响。具有战略性的重大意义。RFID标签天线作为RFID系统的重要组成部分,在实现数据通讯过程中起着关键性作用,因此天线设计是整个RFlD系统应用的关键。

典型的RFID标签天线包括微带贴片天线和偶极子天线。RFID标签的性能容易受到环境介质的影响,尤其是微带偶极子天线,当它粘贴在一般的绝缘介质(如玻璃、塑料箱等)表面,会影响天线的电感量和降低谐振频点的品质因数;当它粘附在金属上时,由于电磁感应的作用,会吸收射频能量而转换成自身的电场能,因此减弱了原有射频场强的总能量,同时也会产生感应磁场,磁力线垂直于金属表面,使得射频场强的分布在金属表面发生变形,磁力曲线趋于平缓。因此,当标签贴附在金属表面或非常接近金属表面时,该空间内实际并无射频场强分布,标签天线无法切割磁力线而获得电磁场能量,因而标签无法正常工作。

1 微带RFID贴片天线

微带贴片天线通常是在一个薄介质基片上,一面附上金属薄层作为接地板,另一面用光刻腐蚀等方法做出一定形状的金属贴片,利用微带线或同轴探针对贴片馈电,如图1所示。因为微带贴片天线自身有一个金属的地板,当其粘附在各种物体上时,天线背面的电磁场不会受到太大影响,故可以在多种环境下正常读取。



微带RFID贴片天线

利用传输线模型分析微带天线是较有效的方法。该方法的基本假设如下:微带贴片和接地板构成一段微带传输线,传输准TEM波,场在传输方向是驻波分布。而在其垂直方向是常数;传输线的两个开口端(始端和末端)等效为两个辐射缝口径场,即为传输线开口端场强,如图2所示。

传输线模型

图3是按照传输线法建立的微带天线等效电路。Ys为缝辐射导纳;Y0为微带贴片的特性导纳。

微带天线等效电路

2 E型RFID标签天线设计

对于一般的微带贴片天线,它的辐射激励可以等效成一个谐振回路。在矩形微带贴片天线的基础上,采取E型结构,即沿天线的匹配方向将金属贴片开两条平行宽缝 (见图4)。由于贴片上存在两个缝隙的作用,促使天线的谐振特性受到了影响,即原来的一个谐振回路变成了两个谐振回路,当这两个谐振回路的谐振频点靠得比较近时,就达到了扩展频带的目的。

两条平行宽缝

本文在E型背馈天线的基础上,提出了一种变形的侧馈天线方案,如图5所示。天线主体由一个矩形贴片开缝构成,顶部切去了两个角。由一个功分器和一段微带线作为馈线与芯片匹配,而芯片的另一段通过微带线接地。

由于高介电常数的介质能有效地减小天线的尺寸,所以基片选用尺寸为84 mm×54 mm×1.4mm的陶瓷氧化铝.介电常数为9~10。微带标签天线的物理尺寸为:L1=47.6 mm,L2=4 mm,L3=18 mm,L4=3.5 mm,W1=1 2.6 mm,W2=10 mm,W3=6 mm,W4=2 mm,S=3 mm。

天线的S11曲线

该天线采用的芯片在915 MHz时的阻抗为34.5一j815,呈现明显的容抗。采用Ansoft公司的电磁仿真软件HFSS 10.O对天线进行仿真。经过调试和优化,得到天线的S11曲线,如图6所示。该天线分别在905 MHz和920 MHz有两个谐振频率。在905 MHz时,S11为一28 dB;在920 MHz时,S11为一37 dB,这两个谐振频率都比较窄,通过调整天线,使两个谐振频率靠近915 MHz,以达到增加带宽的目的。该天线增益在915 MHz时仿真结果为0.34 dBi(见图7),满足RFID系统读取的要求。

仿真结果

将RFID标签天线分别粘附在装水的塑料盒面(塑料盒很薄)、金属面、塑料制品上或直接放在空气中,读写器在902~928 MHz中设置广谱跳频,RF功率设置为36 dBm,读写器天线增益为12 dBi。测试读取距离如表1所示。该RFID标签的工作性能在不同物质环境中表现出较为满意的一致性

测试读取距离

3 结 语

本文设计了一种UHF频段RFID标签天线。在微带矩形天线理论基础上,改进了E型开槽天线的结构,用微带线侧馈代替了背馈方式,使天线与芯片能良好地匹配,并通过获得双谐振频率扩大了带宽。实验测量表明,该天线在金属表面读取距离为11.5m,在不同物质表面读取距离基本不变,且性能稳定。

关键字:SL3IC3001  UHF  RFID  天线  射频

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2010/0106/article_308.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:RFID软件产业化仍显薄弱,急需解决
下一篇:深入探讨RFID技术及电磁兼容的研究

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利
推荐阅读
全部
SL3IC3001
UHF
RFID
天线
射频

小广播

独家专题更多

2017东芝PCIM在线展会
2017东芝PCIM在线展会
TI车载信息娱乐系统的音视频解决方案
TI车载信息娱乐系统的音视频解决方案
汇总了TI汽车信息娱乐系统方案、优质音频解决方案、汽车娱乐系统和仪表盘参考设计相关的文档、视频等资源
迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
​TE工程师帮助将不可能变成可能,通过技术突破,使世界更加清洁、安全和美好。
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2017 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved