摘要：提出了一种用于金属物体的超高频射频辨认标签天线，该天线适用于多规范超高频射频辨认体系。选用在偶极子结构上添加环形微带线来增大输入阻抗，极大地进步了标签天线的增益特性。运用电磁仿真软件剖析了天线功能，仿真与测验成果契合杰出。整个天线的面积为100 mmx40 mm，由于选用外表印刷结构，使得标签本钱低价、易于批量生产。
关键词：抗金属；环形天线；标签天线；超高频射频辨认
0 导言
射频辨认(Radio Frequency Identification，RFID)是一种运用无线射频办法进行非触摸双向数据通讯，以到达方针辨认并交流数据的技能。RFID体系一般由标签、读写器和计算机通讯网络组成。标签存储着待辨认目标的相关信息，附着在待辨认目标上。一般电子标签契合IS018000-4与18000-6规范，本身无源，经过读写器的射频场取得动力，选用负载调制办法。读写器运用射频信号读／写标签信息并进行处理。PC机经过RS 232接口长途操控读写器。读写器接到指令后，经过天线发送射频指令完成对标签的操作，一起接纳标签回来的数据。电子标签靠其内部天线取得能量，并由芯片(IC)操控接纳、发送数据。
国内RFID体系运用的频段首要分为低频(135 kHz以下)、高频(13．56 MHz)、超高频(Ultra High Frequency，UHF)(860～960 MHz)和微波(2．4 GHz以上)等几大类。现在越来越多的研讨聚集在了对UHF RFID体系的研讨上。由于电磁波会被金属反射导致一般电子标签在金属外表无法被正确辨认，这一缺陷严峻约束了其在物流职业的广泛应用，因而UHF标签天线的抗金属性成为了研讨的热门和霸占的难点。本文在剖析了金属对标签天线电磁场影响效果的基础上，提出了一种本钱相对较低可用于金属环境的超高频RFID无源标签天线。该天线将环形微带与偶极子结构结合完成了在金属环境下高增益的特性。天线面积100 mmx40 mm满意了小尺度金属环境的要求，具有较高的性价比。
1 金属对标签天线的影响
射频辨认体系作业原理图如图1所示。研讨金属物体对标签天线的影响，首先要考虑天线接近金属时金属外表电磁场的特性。依据电磁感应定理，这时金属外表邻近的磁场散布会产生“畸变”，磁力线趋于陡峭，在很近的区域内简直平行于金属外表，使得金属外表邻近的磁场只存在切向的重量而没有法向的重量，因而天线将无法经过切开磁力线来取得电磁场能量，无源电子标签则失掉正常作业的才能。
另一方面，当天线接近金属时，其内部产生涡流的一起还会吸收射频能量转换成本身的电场能，使原有射频场强的总能量急剧削弱。而上述涡流也会产生本身的感应磁场，该场的磁力线垂直于金属外表且方向与射频场相反并对读写器产生的磁场起到反效果，致使金属外表的磁场大幅度衰减，使得标签与读写器之间通讯受阻。别的，金属还会引起额定的寄生%&&&&&%即金属引起的电磁冲突形成动力损耗，使得标签天线与读写器失谐，损坏RFID体系的功能。
2 UHF抗金属标签天线的规划与剖析
2．1 天线规划
UHF无源标签的功能首要由两个方面决议：标签天线的增益巨细以及天线与芯片之间的阻抗匹配。一种进步增益的办法是并联多个折叠型偶极子结构，由于额定的偶极子的辐射阻抗可以进步天线功率，因而本文提出在传统偶极子天线结构(见图2)上改造一段环形微带线，在不添加天线面积的状况下取得增益进步。
该天线结构由变型弯折偶极子辐射体和环形微带线以及矩形馈电环三部分组成，将芯片贴在矩形馈电环的开口处进行鼓励，运用电感耦合将能量送至两个中心部分连在一起的弯折偶极子辐射体上。偶极子选用阶梯弯折状可以缩短天线的全体长度，使其结构紧凑面积缩小。天线结构如图3所示。
将以上两种天线置于72 mmx36 mm的金属板上，选用相对介电常数为4．4，厚度为1 mm的介质板，运用HFSS软件进行仿真，终究得到功率反射系数曲线图，如图4所示。从图中可以看到，本文提出的环形天线在频率为900 MHz时功率反射系数可到达-22 dB，其功能大大优于传统天线。
天线增益巨细和它到金属板的间隔密切相关，表1列出了传统天线和环形天线在距金属板间隔^别离为2 mm，3 mm，5mm，10 mm时的增益值；图5是环形天线在距金属板间隔为2 mm，3 mm，4 mm，6 mm，8 mm时功率反射系数的曲线。从表1中可以看出，在距金属板间隔相一起，本文提出的环形天线增益一直优于传统天线，验证了该环形天线的高功能。一起，跟着天线到金属板间隔的添加，增益值呈现出不规则的改变趋势，因而，经过很多的仿真优化，终究观察到该天线在距金属板间隔为3 mm时可取得最大增益，增益值为2．06 dBi。从图5可以看出，该环形天线作业在900 MHz时功能最好。
接地上巨细是对天线功能影响的另一个要素。经过仿真研讨发现，金属面巨细的改变对谐振频率、输入阻抗、带宽影响较小，但对辐射功率、方向图的影响较大。表2列出了电子标签别离坐落金属外表面积为60 mm×36 mm，72 mmx36 mm，90 mmx36 mm时天线增益的改变状况。从表2可以看到标签在面积为60 mm×36 mm的金属外表作业时天线增益较低，只要1．90 dBi；跟着金属外表面积添加到72 mm×36 mm，天线的增益增强到2．06 dBj，但跟着金属面积的进一步增大天线的增益又有所下降，因而得出天线增益巨细改变并不与金属面巨细改变成正比，原因是在金属外表面积添加到必定程度时，天线的辐射方向会产生畸变，使得垂直于辐射面的辐射场削弱，此刻天线的增益会有所下降。
图6为该天线的阻抗曲线，可以看到在900 MHz时天线的阻抗为(44．24-j5．96)Ω，需求挑选阻抗值为(44．24+i5．96)Ω的芯片与天线进行共轭匹配。假如运用的芯片阻抗值不是(44．24+j5．96)Ω而是其他的容性值，可以经过调整天线的开槽长度来优化其阻抗值以到达天线与芯片之间的共轭匹配。
2．2 测验成果
本文中选用Ansoft公司的HFSS软件和安捷伦公司的N5230A矢量剖析仪进行了仿真和实测。图7为天线的增益图，图8为天线的仿真与实测成果，从中可以看出实测成果与仿真成果较好契合，验证了该规划的实用性。该天线选用相对介电常数4．4、厚度1 mm的FR4基板进行加工，什物如图9所示。
3 结 语
本文提出了一类结构简略、兼容多规范的UHF抗金属无源电子标签天线。该天线运用环形微带线与偶极子结构的结合完成了在金属外表高增益的特性；一起，可以调理槽线长度来优化天线的特性阻抗，使其可以与芯片阻抗共轭匹配然后进步无源电子标签功能。经过试验剖析得到在金属板面积为72 mm×36 mm、与天线间隔为3 mm时，该天线可在900 MHz取得最大增益2．06 dBi。最终根据仿真剖析，加工了一个什物天线。实践丈量成果与仿真成果契合杰出，验证了该天线规划的有效性。
