基于宽频带UHF RFID标签天线的研究与设计解析

基于宽频带UHF RFID标签天线的研究与设计解析

0 引言

1 UHF RFID标签天线设计理论原则

1.1 阻抗共轭匹配

如图1所示为等效电路图。其中Za为为天线输入阻抗，Zc是芯片输入阻抗，Zc=Rc+jXc。

1.2 主要性能参数影响

在电子标签天线主要性能方面，标签的识别距离r为重要的指标参数，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为激励标签芯片的门限功率。

1.3 小尺寸、低成本

由于标签需要粘贴到相对应的物品上，需要电子标签体积足够小，随着RFID系统的不断成熟发展，标签应用也越广泛，电子标签生产成本要求也越来越低。

2 UHF RFID标签天线设计过程

首先，根据辐射特性，确定其天线大概结构。然后，调整天线结构，使增益达到要求。最后，调整匹配结构，使天线与芯片阻抗匹配，主要包括以下两方面。其一，调整匹配结构尺寸，总结尺寸对阻抗影响。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。

3.1 UHF RFID标签天线设计

根据标签天线设计理论，芯片阻抗为20-188jΩ，工作频率为f0=920MHz。本文所设计的天线采用厚度为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。

3.2 天线仿真及结果分析

通过各参数进行分析、仿真，对比参数不同值对天线性能的影响，从而选取最佳值，进行优化，最后达到的仿真结果如图4所示。

从图4可以看出，在频率f0=920MHz，阻抗为20+188jΩ，反射系数S11为-28dB的情况下，完成了与标签芯片阻抗良好的共轭匹配。

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附近有两个谐振峰。电子标签天线在-24dB的带宽为160MHz，为宽频带。频带不仅覆盖840～960MHz频带设计的目标，而且将上频带提高了40MHz。

4 结束语

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