面向UHF RFID应用的高增益天线设计

摘要

RFID(Radio Frequency Identification)技术是一种非接触式的识别技术，现已运用到交通、物流、仓储、工业等各个领域。一个RFID系统主要由阅读器、电子标签以及应用系统构成，其应用的频段包括LF、HF、UHF和微波等频段。随着市场对系统性能的要求不断提高，为促进RFID技术发展和推广，硬件和软件方面都需要进一步研究，尤其是RFID系统的识别范围和准确率需要进一步优化以满足应用需求。
　　通过研究天线理论知识，重点研究和分析了圆极化天线、宽波束天线、高增益天线的设计原理，并结合RFID阅读器天线的应用现状和国内外研究成果，本文设计了一款宽波束圆极化微带天线用来扩大射频识别系统中阅读器天线有效识别范围。天线采用输出相位差为90度的功分器正交馈电激励起圆极化波，并结合了圆形金属电容片耦合馈电技术、贴片表面开槽技术以及使用折叠导体墙结构，整体尺寸为113 mm×113 mm×13.27 mm，圆极化轴比带宽、阻抗带宽均覆盖840 MHz-960 MHz，天线3 dB波瓣宽度为104度，增益值为4.8 dBi。
　　为了提高仓库管理和盘点等实际应用中阅读器天线增益和识别范围，本文设计了一款应用于多标签高效读取的UHF波段RFID波束扫描阵列天线。采用空气层结构设计出高增益圆极化天线阵元，然后构成平面天线阵，天线馈电网络使用开关线型移相器与威尔金森功分器构建，并使用FPGA模块控制阵元间相位变化。样品分别使用微波暗室、射频网络分析仪，以及连接RFID阅读器测试，测试表明天线实现了四个方向波束偏转以及多标签快速读取。