基于感应耦合馈电的RFID标签天线的小型化研究

摘要

物联网是目前发展迅速而且非常具有发展潜力的新兴产业之一，其中射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)技术作为物联网感知层的一项重要技术也受到人们越来越多的关注。随着RFID技术应用领域越来越广泛，很多应用场合都需要标签体积足够小。无源RFID标签主要由专用的IC芯片和一根连接在芯片两端上的天线两部分组成。由于标签芯片一般都很小，而标签天线又需要置于标签之中，因此标签天线的尺寸决定了标签的大小，如今RFID天线的小型化技术已成为研究热点之一。
　　 本文以RFID标签天线的已有理论为基础，结合仿真软件，对感应耦合馈电的RFID标签天线小型化进行研究。首先，通过对大量国内外文献的阅读与研究，总结了超高频RFID标签天线设计的关键技术，对各种技术举例分析，并重点研究了天线小型化技术。通过对感应耦合馈电方式的详细分析，推导出感应耦合馈电天线阻抗调节规律。其次，提出了一种应用于圆形物体上的UHF频段的偶极子类型感应耦合馈电的标签天线设计方案。利用HFSS三维电磁仿真软件详细分析了弯折小型化技术中参数变化对天线性能的影响，利用弯折技术达到天线小型化的目的，并通过对天线参数的分析，得出阻抗调节规律，验证了感应耦合馈电方式阻抗调节规律的普遍性。然后，为了弥补小型化圆形天线不能应用于金属上的缺点又提出了一种应用于金属上的感应耦合馈电的小型化RFID标签天线。通过天线的馈线接地及双辐射体对称结构，使天线能够同时在915MHz和2.4GHz两个频点上谐振，同时也克服了微带天线带宽较窄的缺点。通过在天线辐射体上开槽达到降低天线谐振频率，减小天线面积的目的，最终小型化天线面积比初始设计减小了一半。最后，分析了RFID芯片的阻抗计算方法并简单介绍了Alien Higgs-3 RFID芯片。将天线与芯片绑定制成RFID标签，利用远望谷公司的阅读器对其进行测试，两种小型化后的天线识别距离分别能达到5.3m和1.65m。