關(guān)于一款多頻RFID天線的設(shè)計(jì)與研究

張仕均?孫小麗?向麗?蔡鵬霄

摘 要 射頻識(shí)別技術(shù)（RFID， Radio Frequency Identification）的發(fā)展正逐步趨于國際化，其應(yīng)用與人們的生活息息相關(guān)。本文基于單極子天線和單層貼片結(jié)構(gòu)，采用同軸饋電方式和玻璃纖維環(huán)氧樹脂F(xiàn)R4介質(zhì)板，設(shè)計(jì)了一款類似“電桿”形狀的多頻RFID天線。利用ANSYS HFSS 15.0軟件進(jìn)行仿真分析可以得到：該天線的工作中心點(diǎn)頻率為2.45GHz和5.8GHz，且在中心點(diǎn)頻率上回波損耗分別為-28dB，-44dB，均小于-10dB，該天線的中心點(diǎn)頻率和回波損耗等性能參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞 多頻RFID天線;低成本;帶寬;回波損耗

引言

無線通信技術(shù)發(fā)明以來，通信速率逐年增快，通訊頻率也逐步增長，發(fā)展迅猛的通信技術(shù)將我們帶入了5G時(shí)代，天線作為通信過程中重要的一環(huán)，對(duì)于通信的質(zhì)量起到了決定性的作用。技術(shù)更新意味著市面將出現(xiàn)更多通信頻段的設(shè)備，不同的設(shè)備間的兼容問題就顯得尤為突出，并且由設(shè)備兼容問題導(dǎo)致的基礎(chǔ)通信設(shè)施布置成本問題也較為突出，因此迫切的需要能工作于不同頻段的天線，以滿足多種應(yīng)用場景下的不同需求，節(jié)省基礎(chǔ)設(shè)備的布置成本、環(huán)境空間，本文就上述應(yīng)用中的問題作為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了能工作在兩個(gè)頻段的天線[1]。

1天線結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)

該天線由結(jié)構(gòu)圖，介質(zhì)層和輻射面三個(gè)部分構(gòu)成。圖1.1為所設(shè)計(jì)的天線的結(jié)構(gòu)圖，由三個(gè)大小相同的小矩形和一個(gè)大矩形組成。其中，為了降低成本，選用介質(zhì)FR4，介電常數(shù)為4.4，正切角損耗為0.02，尺寸為L2×W×H的介質(zhì)層，輻射面結(jié)構(gòu)是尺寸為L×W的正方形。其天線各參數(shù)值如表1所示。

2仿真結(jié)果分析

本文運(yùn)用ANSYS HFSS 15.0軟件進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)構(gòu)模型如圖2.1所示，回波損耗結(jié)果（S11）如圖3.1所示。由圖3.1可以看出，它的兩個(gè)諧振點(diǎn)=2.5GHz，=6.28GHz，比所要求的IEEE802.11a（5.15GHz-5.825GHz）頻段和IEEE802.11b（2.4GHz-2.4825GHz）頻段結(jié)果整體向右移。其原因是天線結(jié)構(gòu)的大矩形中L2的長度過短和L1的長度過短的影響，因此，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，從而找到合適的參數(shù)值。如圖3.2，圖3.3所示[2]。

由圖3.2可知，分別對(duì)L1，L2進(jìn)行參數(shù)掃描分析，隨著L1，L2的增大，頻率逐漸向右趨近于2.4GHz和5.8GHz的工作頻率，并且其S11分別-28dB，-44dB，符合天線的設(shè)計(jì)要求[3-6]。所以找到L1參數(shù)合適值為7mm，L2參數(shù)合適值為103mm。

綜上，得到工作頻段在2.4GHz和5.8GHz且的仿真結(jié)果，如圖3.4所示。

3結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了由三個(gè)小矩形和一個(gè)大矩形組成的新型天線，通過改變饋電位置及天線模型L1、L2的長度，使得天線在不同的頻點(diǎn)諧振，改變天線模型寬度可以調(diào)解諧振頻點(diǎn)帶寬，使其中心點(diǎn)頻率為2.45GHz和5.8GHz，在中心點(diǎn)頻率上回波損耗分別為-28dB，-44dB，均小于-10dB，保證參數(shù)性能基本符合要求。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

張仕均，孫小麗，向麗，蔡鵬霄：貴州省貴州師范學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)2017級(jí)在校本科生。

指導(dǎo)老師：張謝馥，貴州師范學(xué)院講師，主要研究方向：電磁場與電磁波。