射頻識別系統(tǒng)微帶蝙蝠翼天線設(shè)計(jì)

　　摘要：天線設(shè)計(jì)及制造技術(shù)是RFID的核心關(guān)鍵技術(shù)之一，天線性能直接決定了RFID系統(tǒng)的識別距離和范圍。本文針對RFID系統(tǒng)對天線的要求，將微帶天線與蝙蝠翼天線相結(jié)合，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出新型的微帶蝙蝠翼天線，用矩量法對所設(shè)計(jì)的天線進(jìn)行仿真分析;用腐蝕工藝制版法制作天線樣品，并對天線的性能進(jìn)行測試。仿真和測試結(jié)果都顯示該款天線兼具蝙蝠翼天線寬頻帶、高輻射強(qiáng)度的特性及微帶天線尺寸小、低剖面的特點(diǎn)，是一款性能優(yōu)異的RFID系統(tǒng)天線。

　　射頻識別(RFID)技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)。射頻識別系列產(chǎn)業(yè)將成為一個(gè)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)，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)公共安全與國防安全等方面都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并具有重大的戰(zhàn)略性意義。

　　天線是一種將無線電收發(fā)信機(jī)的射頻功率信號以電磁波的形式接收或輻射出去的器件，天線的性能對整個(gè)RFID系統(tǒng)的性能具有決定的影響，因此天線的設(shè)計(jì)制造在RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有舉足輕重的地位。

　　微帶天線簡介

　　微帶天線是一種隨現(xiàn)代通信發(fā)展的要求而發(fā)展起來的典型的低剖面、平板結(jié)構(gòu)的天線。在20世紀(jì)50年代，G.A.Deschamps教授就己經(jīng)提出了微帶天線的概念。1972年，由于微波集成技術(shù)的發(fā)展和空間技術(shù)對低剖面天線的迫切需求，R.E.Munson和J.Q.Howell等學(xué)者制成了第一批實(shí)用的微帶天線。隨后，微帶天線的發(fā)展日新月異，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、航天、通信等領(lǐng)域。微帶天線具有一系列常規(guī)天線不可比擬的突出優(yōu)點(diǎn)，例如重量輕、體積小、成本低、制造簡單、平面結(jié)構(gòu)、可以和集成電路兼容、易于實(shí)現(xiàn)線極化或圓極化等。美中不足的是，微帶天線主要是一種諧振式天線，相對頻帶較窄，一般的單層矩形微帶貼片天線的帶寬只有2%-5%左右，頻帶窄的缺點(diǎn)一直嚴(yán)重地限制著微帶天線的應(yīng)用。因此，需要運(yùn)用一定的技術(shù)對微帶天線加以改進(jìn)，以達(dá)到展寬其工作頻帶的目的。

　　蝙蝠翼天線簡介

　　蝙蝠翼天線是一種在無線通信中采用比較廣泛的一種天線，是一種由半波振子天線逐漸演變而來的多振子復(fù)合天線[5]。蝙蝠翼天線具有增益高、頻帶寬、功率容量大、輸入阻抗小且易于匹配、安裝調(diào)試方便、機(jī)械強(qiáng)度大、風(fēng)阻小且造型美觀等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于無線收發(fā)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的蝙蝠翼天線為全金屬結(jié)構(gòu)，體積較大，無法放進(jìn)RFID系統(tǒng)終端里。要將高性能的蝙蝠翼天線應(yīng)用于RFID系統(tǒng)，就必須解決蝙蝠翼天線的小型化問題。

　　微帶蝙蝠翼天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　為了解決微帶天線的寬頻帶工作問題和蝙蝠翼天線的小型化問題，我們將微帶天線和蝙蝠翼天線相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一款微帶蝙蝠翼天線，它可以同時(shí)獲得兩種天線的優(yōu)異性能。

　　對于現(xiàn)代RFID系統(tǒng)，最具有應(yīng)用前景的工作頻段為868~870MHz和902~928MHz。我們計(jì)劃設(shè)計(jì)一款微帶蝙蝠翼天線來覆蓋以上兩個(gè)頻段。在設(shè)計(jì)中，我們使用FR4介質(zhì)板。介質(zhì)板厚度為h=2.0mm，相對介電常數(shù)ε_r=4.0，天線尺寸為41mm×23mm。

　　我們設(shè)計(jì)的微帶蝙蝠翼天線結(jié)構(gòu)如圖1所示。