一款圓極化RFID天線的設(shè)計

羅韋 張海月 張謝馥

（貴州師范學(xué)院，貴州 貴陽 550018）

摘 要：射頻識別（RFID）技術(shù)是信息科技領(lǐng)域最重要的技術(shù)之一，已應(yīng)用于醫(yī)療、物流、航空、自動識別等各個領(lǐng)域。但是，目前很多天線一般只能接收水平方向或垂直方向的輻射波，不能適應(yīng)各種不同的環(huán)境。因此，本文設(shè)計了一款中心頻率工作于2.45GHz的左旋圓極化RFID讀寫天線。該天線是在矩形貼片天線的基礎(chǔ)上進行改進，切掉矩形貼片的四個邊角。仿真結(jié)果顯示，其具有較好的圓極化特性。

關(guān)鍵詞：RFID;圓極化;微帶天線

中圖分類號：TN822 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）28-0062-02

Design of a Circularly Polarized RFID Antenna

LUO Wei ZHANG Haiyue ZHANG Xiefu

（Guizhou Education University，Guiyang Guizhou 550018）

Abstract： Radio frequency identification （RFID） technology is one of the most important technologies in the field of information technology， which has been applied in medical， logistics， aviation， automatic identification and other fields. However， at present， many antennas can only receive horizontal or vertical radiation waves， which can’t adapt to different environments. Therefore， a left-handed circularly polarized RFID read-write antenna with center frequency was designed in this paper. The antenna was improved on the basis of the rectangular patch antenna， and the four corners of the rectangular patch were cut off. The simulation results show that the antenna has better circularly polarized characteristics.

Keywords： RFID;circularly polarized;microstrip antenna

1 研究背景

隨著時代的發(fā)展，信息科技已經(jīng)成為時代發(fā)展的主流。自2006年RFID被提出和2013年《信息技術(shù) 射頻識別 800/900MHz空中接口協(xié)議》（GB/T 29768—2013）正式發(fā)布以來，貴州送變電鋼絲繩RFID標(biāo)簽、京沈高鐵軌道板的“中國芯”、深圳實現(xiàn)公交少等紅燈8秒鐘、天津機場1min完成行李托運等相繼出現(xiàn)。可見，RFID系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于物流、航空、安全防盜、交通、醫(yī)療保險等眾多領(lǐng)域。信息時代改變了人們的生活方式，利用無線RFID技術(shù)，能通過計算機互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)共享。在RFID領(lǐng)域，RFID讀寫天線有著重要應(yīng)用，已成為當(dāng)前國內(nèi)外的研究熱點。與線極化天線相比，圓極化天線應(yīng)用領(lǐng)域更廣，圓極化天線的研究將會大大加快RFID設(shè)備的普及速度[1]。本項目主要研究圓極化RFID天線的應(yīng)用前景。

目前，RFID標(biāo)簽天線一般是線極化的，只能接收與電場矢量平行或垂直的電磁波，這對天線的放置方向要求較高。但實際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽的放置方位是不確定的，這就需要RFID讀寫天線能接收任意極化的電磁波，且感應(yīng)出的信號幾乎沒有差別，以便于與任意方向的標(biāo)簽天線進行通信。同時，相對于線性極化標(biāo)簽天線，圓極化標(biāo)簽天線能接收到的能量更高，閱讀距離可增加41%。

2 圓極化RFID微帶天線結(jié)構(gòu)設(shè)計

隨著科學(xué)的崛起，天線科技技術(shù)已成為時代發(fā)展的主流，RFID微帶天線要求不斷創(chuàng)新。為此，本文設(shè)計了一款圓極化天線，因為圓極化天線不僅可以接收任意極化的來波，而且其輻射波可以被任意極化的天線接收到，其不僅在無線通信系統(tǒng)方面可以有效抑制多徑干擾，還可以有效避免線極化波經(jīng)電離層時的信號損失。因此，筆者利用仿真軟件ANSYS HFSS 15.0設(shè)計了一款中心頻率工作在2.45GHz的左旋圓極化微帶天線。

天線采用以空氣作為介質(zhì)、厚度為1.6mm的FR4環(huán)氧樹脂（FR4 Epoxy）板作為介質(zhì)基片，天線結(jié)構(gòu)如圖1所示。

天線介質(zhì)板尺寸大小為[L0×W0]，貼片為[L0×W0-4×L1×W1]。饋電方式采用同軸單點饋電，饋電端口的輸入阻抗設(shè)為Ω。天線各項參數(shù)如表1所示。

3 仿真分析與驗證

用ANSYS HFSS 15.0軟件進行設(shè)計仿真，從仿真模型（見圖2）可以看出，介質(zhì)板塊被去掉了四個角。為了得到圓極化波，要在中心頻率為2.45GHz時其回波損耗達到-23.8dB，并且滿足[S11<-10dB]的要求，回波損耗的仿真結(jié)果如圖3所示，圖3均滿足以上要求。天線的左旋圓極化波增益和總增益方向圖如圖4所示，[θ]角的范圍為-130°～130°，天線的最大輻射方向為[φ=0°]、[θ=0°]，并且其最大增益為3dB。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一款能接收任意方向波的左旋圓極化天線。該RFID天線系統(tǒng)工作在2.45GHz頻段，設(shè)計仿真結(jié)果顯示，[θ]在-130°～130°;范圍內(nèi)，在諧振頻率2.45GHz處的回波損耗是-23.8dB，滿足[S11<-10dB]的要求。同時，該款天線性能穩(wěn)定，能接收任意方向波，符合圓極化RFID天線設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻：

[1]李靜.基于RFID的圓極化天線的研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2009.