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一种新型RFID天线的仿真设计

2020-07-17 来源:欧得旅游网
RFID系统利用射频信号通过空问耦合进行双向信息传 常数将容易激励起表面波,从而降低天线的效率,对天线的 输,实现对待识别物体的自动识别和数据采集。在RFID系 带宽、方向图等都有不利的影响,所以必须综合考虑。本文所 统中,标签天线的设计是关键技术之一。RFID标签天线的性 设计天线采用LTCC基板材料为Ferro A6,其相对介电常数 能对整个系统的工作指标有关键性的影响。设计合适的标签 为5.7,tan ̄5=0.0012。天线设计图如图1所示,天线共分为 天线,实现天线与标签芯片的阻抗匹配是设计的关键要点, 三层陶瓷材料结构来设计,在上面两层基板上敷以金属铜当 也是难点所在。目前,有一些标签天线设计的报道,例如折 作天线辐射单元,其基本辐射单元为一0.508minx 3.12ram 叠型偶极天线、V型偶极天线、倒F型天线和分形天线等。这 的细长矩形,辐射单元分布两层,两层间的各个辐射单元以 些天线的轮廓外形大都是半波振子的变形,长度大约为波 0.2×0.2mm的小金属片作为过孔连接。采用这种布线方式 长的一半,显得大了点,阻抗匹配不容易也不方便,它们的 一方面可阻隔各层金属线因紧密配置造成的耦合效应,一方 带宽狭窄,难于集成,因此不利于RFID技术的推广应用 面可以充分利用三维立体空间以缩小整个元件尺寸阁。底层 【l~。 LTCC基板上制作接地金属面,覆盖辐射单元以下直至输入 低温共烧陶瓷(Low Temperature Co—ifred Ceramic, 端的部分。 LTCC)I艺以其优良的特性,成为了人们研究的重点,大量 为了满足RFID系统对天线的体积和重量提出的苛刻 的无线射频应用被移植到LTCC工艺上去。LTCC材料具有 要求,可以采用微带线馈电。微带线馈电时馈线与微带贴片 介电常数高、损耗低、介质性能稳定等特性。基于LTCC制 共面,因而制作简单。 作的天线具有体积小、增益高、特性稳定等优良性能,它符 合无线通信产品向轻、薄、短、小方向发展的趋势,而成为近 年来研究的热点 多层陶瓷结构的设计已成为天线小型化的 重要方法,其中使用共面波导方法(CPW)馈入以增加频宽的 LTCC天线,或是在陶瓷结构中将辐射元曲折以增加电流路 径的方式使天线达到小型化的方法,或使用过孔将各辐射金 属连接的技术都在片上天线中获得很好的应用 。 本文给出了一种新型的RFID天线设计。该天线充分利 用LTCC工艺的特性,结合曲折型天线及螺旋天线的结构 形式,运用多层的结构把原先平面上的电路以空间的形式进 行实现,从而使天线进一步小型化。设计的天线工作频率为 2.45GHz,RFID标签的输入阻抗为50Q。 2.天线设计 天线基板的介电常数是影响天线工作频率的重要参数, 图1天线结构图 由基板的空腔模型可以得知其共振频率为: 3.仿真结果及分析 f:———— —一 (1) 2-rr Lv ̄-C- 采用ADS Momentum对天线进行建模和仿真,得到Sll 在谐振频率固定的情况下,使用越高介电常数的介质,所需 回波损耗仿真结果如图2所示,从图2可以看出,天线谐振 作者简介:林子杰,男,福建莆田人,副教授,研究方向:天线设计、移动信道仿真、分集技术、MIMO、OFDM等。 基金项目:福建省教育厅科技项目,项目编号:JA07137. 26— 在2.45GHz附近,在2.45GHz频率下的输入阻抗为51. 6+j0.75,反射系数:36.083dB,S11小于.10dB的带宽达 90MHz,相对带宽3.639%,其带宽覆盖了RFID 2.45GHz频 段工作频率。 req:主 1w Ifreq=2.500GHZ I jB( ' ∞秘l~ ~衄 强 墨筮,…一 f -= —■\ l: —’ ,叶—一…~]  }‘20- 一 \ / .30一 :245oGHz ‘ pa(so,1) 一36_0{ I3 舶 { T.I_ l  0I l I l’J 0 ・ _’J l l I’J 0 l l ’ 鞠 , ,船 ,4且 , ’ 柏 freq GHz (a)天线的S11仿真结果 eqto.000 ̄'10 5 O00Gli=】 (b)输入阻抗 图2天线的仿真结果 10 0 X:3.40mm 10 喜t。 △:3.O5mm ‘30 口:2.95mm .40 freq,O№ 图3基本辐射单元长度改变时S1 1仿真结果 当把天线基本辐射单元的长度分别改为2.95 mm、 3.05mm、3.40mm时,得到了如图3所示的仿真结果,从 图上可以看出当基本辐射单元的长度变长时谐振频率点 下降,相反当辐射单元长度变短时谐振频率点上升,这与 天线理论吻合。天线的远场方向图如图4所示,其三维场 型接近椭球型,具有很好的全向性。 。 , 、 ~~ 一 囡-4 千缱I 4.介电常数对天线性能的影响 不同的介电常数的基底对天线的性能有较大的影响,在 天线的尺寸不变的情况下,通过改变基底介电常数,我们做 了一系列的仿真计算,其结果如表1所示。由式(1)可知要减 小天线的尺寸可以通过增大基底的介电常数,当天线结构一 定时,所选基底的介电常数增大,则天线的谐振频率降低。实 验中通过选择不同介电常数的若干种材料进行仿真计算,得 出表1所示的仿真结果,从表l可以看出随着介电常数的增 大天线中心频率呈下降趋势,同时天线的带宽呈变窄趋势。 表1 介电常数的影响 5.结论 设计了一种应用于RFID的天线,通过LTCC技术实现 其结构,达到了小型化的目的。天线体积仅为7.8×8.62 ̄ 0.8mm ,覆盖了RFID所需的2.45GHz频段,仿真结果表明 天线具有较好的回波损耗特性,天线的增益和方向性也符合 RFID技术对天线的要求。本文还对天线长度及基底介质常 数对天线性能的影响作了有益的讨论。 参考文献: [1]Rao KV S,Nikitin.A Renew and A Practical Application . Antenna Design for UHF RF ID Tags,Dee,2005,53(12):3870-3875. [2】Li Xiuping,Gao Jianjun,George Boeck.Printed dipole antenna design by artiifcial neural network modelmg for RFID application[J】. International Journal of RF and Microwave Computer Aided Engineering, 2006,16(6):607-611. (下转第3O页) 27— 学“十五”规划立项课题. [3]王海晖.“智能科学与技术”专业“数字图像处理”课程教学实 践的探讨fJ1.计算机教育,2009,1l:l19—122. [4】张辉,崔和宏.谈高校计算机基础教学中学生创新能力的培养 fJ].黑龙江科技信息,2007,l5:140. [5]聂良刚.论大学计算机教育中学生创新意识和创新能力的培养 [J].广西财政高等专科学校学报,2003,16:77—78. Creative Ability in Computer Practice Teaching Wang Haihui Zhao Tongzhou Lu Tongwei (Wuhan Institute of Technology University,Wuhan 430073,Hubei) 【 b_岫I醴】This paper is based on an innovative personnel training for the principles of the practice teaching system,nad discusses the overall framework of practical teaching system mode1.The author proposes to strengthen the soft environment construction during the practical teaching processing,and to carry out the practice teaching content,methods and means,so as to better service for training innovative talents. 【 啊c出】practice teaching system;construction principle;content construction;system consturction (上接第27页) [3】Albe ̄Chee W.Lu,Kai M.Chua,and M.Sun.LTCC—based 47-51. compact wideband natenna[J].Microwave Opt Techno1.Lett,2005 vo1. [5]Jung—Ick Moon and Seong—Ook Park Small chip dielectric antenna 47:608-609. for bluetooth applications[J].Microwave Opt Techno1.Lett.,2003 【4]D.S.Yim and S.O.Park.small internal ceramic chip natenna VO1.39:366.368. for IMT・2000 handsets[J].ELECTRONICS LETTERS,2003 Vo1.39: Design and Simulation of a Novel RFID Antenna Lin Zijie (Information Engineering Institute,Jimei University,Xiamen 361 02 1,Fujina) 【 b|I-ct】In order to meet with the miniaturization trend of Radio Frequency Identiifcation(RFID)tag antenna,a novel antenna structure based on LTCC technology is proposed.Simulated results show that the proposed antenna has the characteristics of omni -direction and wide bandwidth.Its return loss is less than—lOdB in the range 2.4 to 2,5GHz.We also study the influence of dielectric constant ̄on the characteristic parameters of antenna. 【xI巧r'喇妇】RFID;LTCC;tag antenna;minimization 30— 

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