一种可手戴RFID标签天线设计

时间:2014-04-23来源:网络

1引言

随着射频识别(RFID)技术的快速发展,射频识别系统得到了越来越广泛的应用。由于分米波波段(UHF)的RFID系统具有高的读取速率以及较长的读取距离,因此近年来关于UHF波段的RFID系统的研究越来越多。无源的RFID标签(Tag)通常由RFID标签芯片和RFID标签天线构成。RFID标签天线的设计对于RFID系统具有十分重要的作用,近来,关于RFID标签天线的研究越来越多,尤其是对于900MHz频段的RFID标签天线。一些基于偶极子结构的标签天线已经在许多RFID系统中得到成功的应用,但是在一些特殊的应用中,当标签靠近金属表面或者贴在金属表面时,标签天线的阻抗特性会受到很大的影响,导致读取距离大大减小,甚至无法工作。这个问题受到了许多研究者的关注,在一些文章中提出了可以放置在金属表面的RFID标签天线,这些天线自身都带有金属地结构,因此当放置在金属表面上时仍可以良好的工作。但是,这些天线所匹配的RFID标签芯片的阻抗的实部值都较小,一般都小于20。而现有的一些RFID标签芯片的阻抗实部接近40,本文所提出的RFID标签天线所使用的RFID标签芯片的阻抗实部为42。

另一方面,随着个人电子通信领域的发展,可穿戴天线也得到了越来越多的研究。在RFID领域,可穿戴的RFID标签也有着很大的发展前景。除了当RFID标签天线靠近金属时会使天线特性改变外,一般的RFID标签天线在靠近人体的情况下,也会使得阻抗特性发生很大变化,使得读取距离大大缩短。

本文提出了一种可以带在手腕上的RFID标签天线,首先对所提出天线的平面结构进行研究,然后对将天线戴在手腕上时的情况进行了仿真分析,并制作了天线实物进行了测量。

2天线结构

本文所设计的天线是对应一种工作在915MHz的RFID标签芯片而设计的,该种芯片的输入阻抗为42-j157Ω。通过调节参数,本文提出的天线很容易与具有其他输入阻抗值得芯片相匹配。天线的平面结构如图1所示。

图1RFID标签天线平面结构

该天线主要由三部分组成,地板,主辐射贴片以及耦合馈电贴片。其中主辐射贴片为两个对称的贴片,两个贴片之间间隔为1mm,贴片的外端由短路片与地板相连。主辐射贴片与地之间采用泡沫层支撑。主辐射贴片上有一对对称的耦合馈电贴片,相距1mm,标签芯片对耦合馈电片对称馈电,耦合贴片与辐射贴片之间通过容性耦合传递能量。主辐射贴片与耦合贴片之间放置FR4介质板,er=4.4。通过调节主辐射贴片的长度L1可以调整天线的谐振频率,而天线的输入阻抗由参数W1,Lc调节。本文所设计的天线尺寸如表1所示。

表1 RFID标签天线尺寸参数(单位:mm)

L

L1

Lc

W1

W

H

H1

142

113

30

20

30

2

2.5

3仿真与测量结果

因为当将天线戴在手腕上时,天线的形状会发生较大的变化,所以天线设计时,除了要考虑天线处于平面结构时的特性外,还需要进一步考虑当天线被戴在手腕上时发生形变后的特性。在仿真研究中,用如图2所示的环形结构来模拟当天线戴在手腕上后的情况。天线在不同形状下的回波损耗如图3所示。

1 2

关键词: RFID 标签天线 可穿戴天线 UHF频段

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