摘要：文章以宽频带UHF RFID标签天线的规划为研讨方针，规划并仿真了一款作业在920MHz的电子标签天线。天线的尺度为80mm 44mm，存反射系数-24dB的带宽可达160MHz，方向性比较好。一起标签天线结构简略，选用的制造资料也很大降低了其出产成本。
关键词：宽频带;UHF RFID;标签天线;HFSS
0 导言
射频辨认技能(RFID)是一种新式的主动辨认技能，其作业原理是经过无线方法进行双向数据通讯，到达传递射频信息的意图。一般状况下，RFID体系由电子标签、阅读器和相关使用体系软件等组成。其间，标签包含天线及芯片两部分。由于RFID标签和阅读器之间不需求触摸即可完结两者的辨认，因而RFID体系能够作业在各种环境中，并能够一起进行多个运动方针的辨认。至今，RFID体系已广泛使用在许多范畴，如：物流办理、出产制造、图书办理、身份辨认、路途主动收费等范畴。
在RFID体系通讯进程中，阅读器经过本身的天线发送必定频率的射频信号。当标签进入此区域时，标签天线从此范畴的辐射场中取得相对应的阅读器的指令，经标签处理，然后经过本身的天线发送出本身编码等应对信息。此发送的信息被阅读器读取，并解码，然后传送到对应的使用体系软件进行处理，然后到达主动辨认物体的意图。标签天线作为RFID体系的根本元件之一，其功用将直接影响标签接纳及其发射信号的准确性，所以对其研讨具有重要的含义。
1 UHF RFID标签天线规划理论准则
1.1 阻抗共轭匹配
电子标签需从阅读器天线上得到电磁波能量来呼应标签芯片，因而在电子标签芯片上有一小部分用来检测标签天线上的感应电动势或许感应电压的电路，并经过二极管电路整流，再经过电压扩大，最终读取标签信息。天线规划无需知道芯片内部结构，只需知道芯片封装后的芯片阻抗值的巨细，然后使用最大能量传递规律规划天线。标签芯片的输入阻抗分为电阻重量和电抗重量两部分，电抗部分一般为容性阻抗，为了到达最大能量传递，需求电子标签天线的输入阻抗与标签芯片输入阻抗共轭匹配。标签芯片的输入阻抗为Z=R-jX的方式，为了完成芯片与天线的共轭匹配，咱们要规划的天线的输入阻抗方式应为Z=R+jX。关于UHF频段标签天线，就要用到能够为标签天线引进感抗的共轭匹配结构来完成标签芯片与标签天线之间的匹配了。一般需求在天线上中参加环形结构馈电额定结构或其他结构来进行匹配。本文选用功率反射系数描绘标签天线与标签芯片之间的阻抗共轭匹配状况。
如图1所示为等效电路图。其间Za为为天线输入阻抗，Zc是芯片输入阻抗，Zc=Rc+jXc。
1.2 首要功用参数影响
在电子标签天线首要功用方面，标签的辨认间隔r为重要的方针参数，表达式如下：
以上式中，P1为阅读器的发射功率，GT为阅读器天线的增益，Gr标签天线的增益，为反射系数，Pth为鼓励标签芯片的门限功率。
1.3 小尺度、低成本
由于标签需求粘贴到相对应的物品上，需求电子标签体积满意小，跟着RFID体系的不断老练开展，标签使用也越广泛，电子标签出产成本要求也越来越低。
2 UHF RFID标签天线规划进程
首要，依据辐射特性，确认其天线大约结构。然后，调整天线结构，使增益到达要求。最终，调整匹配结构，使天线与芯片阻抗匹配，首要包含以下两方面。其一，调整匹配结构尺度，总结尺度对阻抗影响。其二，其反射系数S11-10dB在频带的范围内，我国的UHF RFID频段：840～845MHz和920～925MHz。
3 UHF RFID标签天线规划及HFSS仿真及成果剖析
3.1 UHF RFID标签天线规划
依据标签天线规划理论，芯片阻抗为20-188jΩ，作业频率为f0=920MHz。本文所规划的天线选用厚度为0.8mm、介电常数为4.6的FR4介质作其基板，贴片为铜皮。天线结构如图2所示，参数值如图3所示。
从结构图中能够看出，标签天线选用电磁耦合馈电结构，有两部分组成，其一是独立弯折的辐射体，其二是一馈电环。芯片从馈电环的开口当地鼓励。经过标签天线规划理论剖析，改动结构中的参数间隔d及其馈电环的尺度来影响两者之间的耦合度，然后影响标签天线的阻抗值到达与标签芯片阻抗的共轭匹配。
3.2 天线仿真及成果剖析
经过各参数进行剖析、仿真，比照参数不同值对天线功用的影响，然后选取最佳值，进行优化，最终到达的仿真成果如图4所示。
从图4能够看出，在频率f0=920MHz，阻抗为20+188jΩ，反射系数S11为-28dB的状况下，完结了与标签芯片阻抗杰出的共轭匹配。
从图5(a)(b)看出，天线的方向性为全向性。在f0=920MHz处，标签天线的增益为1.9dB。天线在840MHz和925MHz邻近有两个谐振峰。电子标签天线在-24dB的带宽为160MHz，为宽频带。频带不只掩盖840～960MHz频带规划的方针，并且将上频带提高了40MHz。
4 结束语
本文规划了一款作业于UHF频段的直接匹配芯片的RFID标签天线。经过天线的仿真成果表明，本天线与特定芯片之间具有杰出的阻抗匹配特性。标签天线的辐射特性杰出，根本能够满意实践使用的要求。天线的结构简略，且选用的制造资料大大降低了其出产成本。由于天线的小尺度和薄膜特性，由此天线出产出的标签能够广泛地粘贴在平面的物体上，能够促进RFID技能在物联网等方面的广泛使用。大多数状况下，RFID体系中标签天线需求在不同环境下作业，在许多实践使用时，标签天线需求粘贴在高电导率物体的外表，由于高电导率物体边界条件，这时标签辨认间隔、辐射效率、输入阻抗及其增益等参数都会遭到极大的影响，为了处理上述问题，人们提出了倒F天线，或许是平面倒F天线类型的天线。由于为了完成其功用，倒F天线、平面倒F天线本身需求有一个金属接地板，这还需求改善。
