0 引 言
RFID是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù),，它包括電子標(biāo)簽(tag)和讀寫器(reader)兩個主要部分，附有編碼的標(biāo)簽和讀寫器通過天線進(jìn)行無接觸數(shù)據(jù)傳輸,，以完成一定距離的自動識別過程,。RFID標(biāo)簽具有體積小，壽命長,，能穿透非導(dǎo)電性材料等特點(diǎn),，可支持快速讀寫、非可視識別,、移動識別,、定位及長期跟蹤管理。RFID技術(shù)在物流與供應(yīng)鏈管理,、生產(chǎn)管理與控制,、防偽與安全控制,、交通管理與控制等各領(lǐng)域,，可以大幅提高管理和運(yùn)作效率，降低成本，具有重大的應(yīng)用潛力,。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷完善和成熟,，RFID產(chǎn)業(yè)將成為一個新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，成為國民經(jīng)濟(jì)新的增長點(diǎn),。因此,，研究RFID技術(shù)，發(fā)展RFID產(chǎn)業(yè),，對提升社會信息化水平,，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，提高人民生活質(zhì)量,，增強(qiáng)公共安全及國防安全等方面將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,。具有戰(zhàn)略性的重大意義。RFID標(biāo)簽天線作為RFID系統(tǒng)的重要組成部分,，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊過程中起著關(guān)鍵性作用,，因此天線設(shè)計(jì)是整個RFlD系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵。
典型的RFID標(biāo)簽天線包括微帶貼片天線和偶極子天線,。RFID標(biāo)簽的性能容易受到環(huán)境介質(zhì)的影響,，尤其是微帶偶極子天線，當(dāng)它粘貼在一般的絕緣介質(zhì)(如玻璃,、塑料箱等)表面,，會影響天線的電感量和降低諧振頻點(diǎn)的品質(zhì)因數(shù)；當(dāng)它粘附在金屬上時,，由于電磁感應(yīng)的作用,，會吸收射頻能量而轉(zhuǎn)換成自身的電場能，因此減弱了原有射頻場強(qiáng)的總能量,，同時也會產(chǎn)生感應(yīng)磁場,，磁力線垂直于金屬表面，使得射頻場強(qiáng)的分布在金屬表面發(fā)生變形,，磁力曲線趨于平緩,。因此，當(dāng)標(biāo)簽貼附在金屬表面或非常接近金屬表面時,，該空間內(nèi)實(shí)際并無射頻場強(qiáng)分布,，標(biāo)簽天線無法切割磁力線而獲得電磁場能量，因而標(biāo)簽無法正常工作,。
1 微帶RFID貼片天線
微帶貼片天線通常是在一個薄介質(zhì)基片上,，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕等方法做出一定形狀的金屬貼片,，利用微帶線或同軸探針對貼片饋電,，如圖1所示,。因?yàn)槲зN片天線自身有一個金屬的地板，當(dāng)其粘附在各種物體上時,，天線背面的電磁場不會受到太大影響,，故可以在多種環(huán)境下正常讀取。
利用傳輸線模型分析微帶天線是較有效的方法,。該方法的基本假設(shè)如下：微帶貼片和接地板構(gòu)成一段微帶傳輸線,，傳輸準(zhǔn)TEM波，場在傳輸方向是駐波分布,。而在其垂直方向是常數(shù),；傳輸線的兩個開口端(始端和末端)等效為兩個輻射縫口徑場，即為傳輸線開口端場強(qiáng),，如圖2所示,。
圖3是按照傳輸線法建立的微帶天線等效電路。Ys為縫輻射導(dǎo)納,；Y0為微帶貼片的特性導(dǎo)納,。
2 E型RFID標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)
對于一般的微帶貼片天線，它的輻射激勵可以等效成一個諧振回路,。在矩形微帶貼片天線的基礎(chǔ)上,，采取E型結(jié)構(gòu)，即沿天線的匹配方向?qū)⒔饘儋N片開兩條平行寬縫 (見圖4),。由于貼片上存在兩個縫隙的作用,，促使天線的諧振特性受到了影響，即原來的一個諧振回路變成了兩個諧振回路,，當(dāng)這兩個諧振回路的諧振頻點(diǎn)靠得比較近時,，就達(dá)到了擴(kuò)展頻帶的目的。
本文在E型背饋天線的基礎(chǔ)上,，提出了一種變形的側(cè)饋天線方案,，如圖5所示。天線主體由一個矩形貼片開縫構(gòu)成,，頂部切去了兩個角,。由一個功分器和一段微帶線作為饋線與芯片匹配，而芯片的另一段通過微帶線接地,。
由于高介電常數(shù)的介質(zhì)能有效地減小天線的尺寸,，所以基片選用尺寸為84 mm×54 mm×1．4mm的陶瓷氧化鋁．介電常數(shù)為9～10。微帶標(biāo)簽天線的物理尺寸為：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。
該天線采用的芯片在915 MHz時的阻抗為34．5一j815,，呈現(xiàn)明顯的容抗,。采用Ansoft公司的電磁仿真軟件HFSS 10．O對天線進(jìn)行仿真。經(jīng)過調(diào)試和優(yōu)化,，得到天線的S11曲線,，如圖6所示。該天線分別在905 MHz和920 MHz有兩個諧振頻率,。在905 MHz時,，S11為一28 dB；在920 MHz時,，S11為一37 dB,，這兩個諧振頻率都比較窄，通過調(diào)整天線,，使兩個諧振頻率靠近915 MHz,，以達(dá)到增加帶寬的目的。該天線增益在915 MHz時仿真結(jié)果為0．34 dBi(見圖7),，滿足RFID系統(tǒng)讀取的要求,。
將RFID標(biāo)簽天線分別粘附在裝水的塑料盒面(塑料盒很薄)、金屬面,、塑料制品上或直接放在空氣中,，讀寫器在902～928 MHz中設(shè)置廣譜跳頻，RF功率設(shè)置為36 dBm,，讀寫器天線增益為12 dBi,。測試讀取距離如表1所示。該RFID標(biāo)簽的工作性能在不同物質(zhì)環(huán)境中表現(xiàn)出較為滿意的一致性,。
3 結(jié) 語
本文設(shè)計(jì)了一種UHF頻段RFID標(biāo)簽天線,。在微帶矩形天線理論基礎(chǔ)上，改進(jìn)了E型開槽天線的結(jié)構(gòu),，用微帶線側(cè)饋代替了背饋方式,，使天線與芯片能良好地匹配，并通過獲得雙諧振頻率擴(kuò)大了帶寬,。實(shí)驗(yàn)測量表明,，該天線在金屬表面讀取距離為11．5m，在不同物質(zhì)表面讀取距離基本不變,，且性能穩(wěn)定,。