金屬表面UHF RFID標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　RFID(無線射頻識(shí)別)系統(tǒng)主要由RFID讀寫器和電子標(biāo)簽組成。近年來，RFID技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域。國內(nèi)RFID目前主要使用的頻段有125 kHz(低頻)、13.56 MHz(中高頻)、902～928 MHz(超高頻)，越來越多的研究機(jī)構(gòu)開始對(duì)超高頻RFID系統(tǒng)進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離、高速率、低成本等特性。作為RFID必不可少的一部分，電子標(biāo)簽以其低成本、小體積、非接觸式等特性取代了傳統(tǒng)的二維條碼，普遍應(yīng)用于身份識(shí)別、車輛管理、倉儲(chǔ)物流、防偽、零售等眾多領(lǐng)域。普通的超高頻電子標(biāo)簽一般采用印制偶極子天線，該結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于貨物、商品、書本等采用非金屬介質(zhì)的表面，而在固定資產(chǎn)管理、集裝箱、機(jī)車、電子車牌、電力設(shè)施等許多領(lǐng)域，由于采用了金屬表面結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的超高頻電子標(biāo)簽在金屬表面幾乎不能正常工作，對(duì)此本文設(shè)計(jì)了一款工作在902～928 MHz的低成本、小體積、高增益的抗金屬電子標(biāo)簽天線。

　　1 現(xiàn)有的金屬表面標(biāo)簽天線

　　目前在美國和歐洲等發(fā)達(dá)國家，金屬表面標(biāo)簽技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，廣泛應(yīng)用到了物流中的各個(gè)領(lǐng)域，而我國普通的超高頻電子標(biāo)簽已經(jīng)十分普及，但可以真正用于金屬表面的電子標(biāo)簽很少。金屬表面標(biāo)簽技術(shù)仍處于起步階段，國內(nèi)許多金屬表面標(biāo)簽天線都是在傳統(tǒng)的偶極子標(biāo)簽天線上改進(jìn)的，通過增加標(biāo)簽天線與金屬表面的距離來減少金屬反射面對(duì)標(biāo)簽的影響。標(biāo)簽天線與金屬表面的距離H應(yīng)保持1 cm以上的高度，這樣雖然提高了標(biāo)簽的讀取距離，但會(huì)使整個(gè)標(biāo)簽的體積和成本增加，天線的帶寬降低，并沒有很好地解決表面金屬對(duì)標(biāo)簽天線的影響，此時(shí)標(biāo)簽天線的性能遠(yuǎn)沒有其用于非金屬表面的性能好;基于陶瓷介質(zhì)的微帶天線也可以用到金屬表面，它利用陶瓷介質(zhì)的高介電常數(shù)，使天線的體積能夠做到很小，利用金屬表面作為自己更大的反射面，使天線的性能十分穩(wěn)定，但由于陶瓷天線的造價(jià)太高，不適合電子標(biāo)簽的低成本批量生產(chǎn);另外一種可適用金屬表面的標(biāo)簽天線方案是在天線輻射面與金屬面之間增加一層AMC(人工磁導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。通過AMC的高阻抗特性使電子標(biāo)簽與AMC之間產(chǎn)生的磁流方向和金屬面與 AMC之間的磁流方向相同，從而提高電子標(biāo)簽的增益與讀取距離，但這項(xiàng)技術(shù)目前研究的難度和成本都很高，仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。

　　2 印刷結(jié)構(gòu)標(biāo)簽天線

　　針對(duì)目前金屬表面用超高頻RFID電子標(biāo)簽的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了一款新型結(jié)構(gòu)的電子標(biāo)簽天線。該天線首先在一片平面材料(如PVC薄膜、紙等)上采用銀漿(或銅、鋁等)印刷，如圖2所示的平面結(jié)構(gòu)。標(biāo)簽芯片安裝后，將此平面貼紙標(biāo)簽沿折線粘貼于方形介質(zhì)材料上。

　　當(dāng)此標(biāo)簽固定在金屬表面(無論使用標(biāo)簽的哪一個(gè)面貼于金屬)使用時(shí)，標(biāo)簽天線可以等效成PIFA天線模型(如圖3所示)。此時(shí)金屬平面作為天線的反射面，對(duì)天線的性能將產(chǎn)生有益的影響。圖3中尺寸結(jié)構(gòu)：w=45 mm，l=95 mm，h=5 mm，w1=31 mm。