關于一款多頻RFID天線的設計與研究

張仕均?孫小麗?向麗?蔡鵬霄

摘 要 射頻識別技術（RFID， Radio Frequency Identification）的發展正逐步趨于國際化，其應用與人們的生活息息相關。本文基于單極子天線和單層貼片結構，采用同軸饋電方式和玻璃纖維環氧樹脂FR4介質板，設計了一款類似“電桿”形狀的多頻RFID天線。利用ANSYS HFSS 15.0軟件進行仿真分析可以得到：該天線的工作中心點頻率為2.45GHz和5.8GHz，且在中心點頻率上回波損耗分別為-28dB，-44dB，均小于-10dB，該天線的中心點頻率和回波損耗等性能參數符合設計要求。

關鍵詞 多頻RFID天線;低成本;帶寬;回波損耗

引言

無線通信技術發明以來，通信速率逐年增快，通訊頻率也逐步增長，發展迅猛的通信技術將我們帶入了5G時代，天線作為通信過程中重要的一環，對于通信的質量起到了決定性的作用。技術更新意味著市面將出現更多通信頻段的設備，不同的設備間的兼容問題就顯得尤為突出，并且由設備兼容問題導致的基礎通信設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，以滿足多種應用場景下的不同需求，節省基礎設備的布置成本、環境空間，本文就上述應用中的問題作為切入點，設計出了能工作在兩個頻段的天線[1]。

1天線結構和設計

該天線由結構圖，介質層和輻射面三個部分構成。圖1.1為所設計的天線的結構圖，由三個大小相同的小矩形和一個大矩形組成。其中，為了降低成本，選用介質FR4，介電常數為4.4，正切角損耗為0.02，尺寸為L2×W×H的介質層，輻射面結構是尺寸為L×W的正方形。其天線各參數值如表1所示。

2仿真結果分析

本文運用ANSYS HFSS 15.0軟件進行仿真分析，仿真結構模型如圖2.1所示，回波損耗結果（S11）如圖3.1所示。由圖3.1可以看出，它的兩個諧振點=2.5GHz，=6.28GHz，比所要求的IEEE802.11a（5.15GHz-5.825GHz）頻段和IEEE802.11b（2.4GHz-2.4825GHz）頻段結果整體向右移。其原因是天線結構的大矩形中L2的長度過短和L1的長度過短的影響，因此，對其進行優化，從而找到合適的參數值。如圖3.2，圖3.3所示[2]。

由圖3.2可知，分別對L1，L2進行參數掃描分析，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，符合天線的設計要求[3-6]。所以找到L1參數合適值為7mm，L2參數合適值為103mm。

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

3結束語

本文設計了由三個小矩形和一個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諧振，改變天線模型寬度可以調解諧振頻點帶寬，使其中心點頻率為2.45GHz和5.8GHz，在中心點頻率上回波損耗分別為-28dB，-44dB，均小于-10dB，保證參數性能基本符合要求。

參考文獻

[1] 譚民，劉禹，曾雋芳.RFID技術系統工程及應用指南[M].北京：機械工業出版社，2007：29.

[2] 汪雷霆，朱旗，王少永.加載短路釘微天線的理論分析[J].微波學報，2006，22（3）：36-39.

[3] 史馬敏，郭陳江.小型化多頻帶微帶天線的設計[J].計算機測量與控制，2010，18（3）：703-705.

[4] 黃玉蘭.基于物聯網的RFID電子標簽研究進展[J].電訊技術，2013，（04）：156-163.

[5] 柏科文.射頻識別標簽天線的研究[D].北京：電子科技大學，2009.[6]賈彭軍.RFID讀寫器天線仿真研究與設計[D].北京：北京交通大學，2013.

作者簡介

張仕均，孫小麗，向麗，蔡鵬霄：貴州省貴州師范學院物聯網工程專業2017級在校本科生。

指導老師：張謝馥，貴州師范學院講師，主要研究方向：電磁場與電磁波。