一种RFID读写器天线的设计与分析

李健; 张谢馥; 罗韦; 蔡鹏霄 【期刊名称】《《河南科技》》 【年(卷),期】2019(000)022 【总页数】3页(P37-39)

【关键词】矩形微带天线; 回波损耗; HFSS软件; 磁感应强度 【作 者】李健; 张谢馥; 罗韦; 蔡鹏霄

【作者单位】贵州师范学院 贵州 贵阳 550018 【正文语种】中 文 【中图分类】TN409

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是一种基于射频通信技术基础上的非接触自动识别技术，主要是利用射频信号的空间耦合对物体间进行相互识别［1，2］。本节所提出的读写器天线是一款工作在RFID微波波段（2.45GHz频段）的读写器天线。选择让天线工作在微波频段主要是因为：现代通信常用的工作频段在850～960MHz，导致超高频段比较拥挤，天线工作在微波波段有助于避开频段拥挤；与特高频无线电波（Ultra High Frequency，UHF）频段相比，微波波段的传输速率更高。因此，对需要识别快速移动的物体的RFID系统来说，微波波段具有很大的优势。 1 RFID读写器天线设计

本文设计的天线的中心频率是2.45GHz，首先通过微带天线的理论估算出矩形贴片的尺寸［3-8］。本文天线设计选用的介质板是厚度为H的FR4环氧树脂（FR4 Epoxy）板，可由公式（1）得到矩形微带线的宽度W0。

式中，c是光速；εr是FR4 Epoxy板的相对介电常数。 辐射贴片的长度L0可由公式（2）计算得到：

式中，εe是有效介电常数；ΔL是等效辐射缝隙长度。这两个变量可由式（3）和式（4）计算得到：

该天线在矩形微带辐射贴片的基础上进行改进，具体结构如图1所示，通过镂空六个尺寸大小相等的矩形，改变矩形微带线表面电流，加强辐射磁场强度。 图1 天线平面结构图

从图1可知，L2对应的微带是特性阻抗为50Ω的微带线。由于矩形贴片的特性阻抗不符合微波器件通用的50Ω系统，在设计时加上一段1/4波长阻抗转换器，其长度L1和宽度W1可由微波计算器计算得来。天线的具体尺寸如表1所示。 2 天线仿真结果及分析

本文选用HFSS软件进行仿真，回波损耗（S11）的仿真结果如图2所示。观察图2可知，在频率为2.45GHz时，回波损耗（S11）大小为-21dB，符合插入损耗小于-10dB的要求，其工作频段为2.43～2.50GHz。 表1 天线的各项几何尺寸? 图2 天线S11参数仿真结果

图3为矩形贴片的磁场辐射仿真图。从图3（a）可知，在辐射贴片的中心区域，其电磁感应强度大小为17.737 9A/m。从图3（b）可以看出，改进后的天线中心

区域电磁感应强度大小为27.11A/m，则改进后天线的电磁感应强度增强。

图3 改进前后天线磁场辐射特性 3 结语

本文在矩形贴片上镂空了六个小矩形，从而改变矩形贴片表面电流分布，加强天线表面磁感应强度。天线仿真结果表明，天线回波损耗2.43～2.50GHz频段内低于-10dB，在中心频率2.45GHz回波损耗约为-21dB，且改进后天线中心区域磁感应强度高于原矩形贴片天线中心区域约10A/m，这一结果验证了该款天线在RFID系统中的实用性和优势。 参考文献：

【相关文献】

［1］SHI J，QING X，CHEN Z N.Electrically large zero-phaseshift line grid-array UHF near-field RFIDreaderantenna［J］.Antennas&Propagation IEEE Transactions on，2014（4）：2201-2208.

［2］SHEN L，ZHUANG W，TANG W，et al.Achieving uniform perpendicular magnetic field distribution for near-field ultrahigh frequency radio-frequency identification［J］.IET Microwaves Antennas&Propagation，2016（2）：215-222.

［3］李明洋，刘敏，杨放.HFSS天线设计［M］.北京：电子工业出版社，2011. ［4］王洪泊.物联网射频识别技术［M］.北京：清华大学出版社，2013.

［5］游战清，刘克胜，张义强，等.无线射频识别技术（RFID）规划与实施［M］.北京：电子工业出版社，2005.

［6］Hae-Won Son，Hyuk Park，Kyong-Hee Lee，et al.UHF RFID reader antenna with a wide beamwidth and high return loss［J］.IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2012（10）：4928-4932.

［7］游战清，李苏剑.无线射频识别技术（RFID）理论与应用［M］.北京：电子工业出版社，2005.

［8］杨霭宁.UHF频段RFID读写器天线的优化设计与仿真［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2011.