一种新型RFID天线的仿真设计.pdf

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1、一种新型RFID天线的仿真设计林子杰(集美大学信息工程学院，福建厦门361021)[摘要】为满足RFID天线小型化要求，提出一种基于LTCC技术的新型天线。仿真结果表明天线具有良好的全向性和宽频带特性，在2．4"2．5GHz频段反射损耗小于一lOdB。本文还研究了介质常数等参数对天线性能的影响。[关键词】射频识别；LTCC；标签天线；小型化1．引言RFID系统利用射频信号通过空间耦合进行双向信息传输，实现对待识别物体的自动识别和数据采集。在RFID系统中，标签天线的设计是关键技术之一。RFID标签天线的性能对整个系统的工作

2、指标有关键性的影响。设计合适的标签天线，实现天线与标签芯片的阻抗匹配是设计的关键要点，也是难点所在。目前，有一些标签天线设计的报道，例如折叠型偶极天线、v型偶极天线、倒F型天线和分形天线等。这些天线的轮廓外形大都是半波振子的变形，长度大约为波长的一半，显得大了点，阻抗匹配不容易也不方便，它们的带宽狭窄，难于集成，因此不利于RFID技术的推广应用【l～。低温共烧陶瓷(LowTemperatureCo．firedCeramic，LTCC)Z艺以其优良的特性，成为了人们研究的重点，大量的无线射频应用被移植到LTCC工艺上去。LT

3、CC材料具有介电常数高、损耗低、介质性能稳定等特性。基于LTCC制作的大线具有体积小、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Nd,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【3，4】。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

4、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2．45GFIz，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，由基板的空腔模型可以得知其共振频率为：f=——_兰==(1)h何、／i在谐振频率固定的情况下，使用越高介电常数的介质，所需的电感、电容量就越少，相应地，微带线尺寸就越小。LTCC天线采用高介电常数材料有利于天线的小型化，但太高的介电常数将容易激励起表面波，从而降低天线的效率，对天线的带宽、方向图等都

5、有不利的影响，所以必须综合考虑。本文所设计天线采用LTCC基板材料为FcrroA6，其相对介电常数为5．7，tan5=O．0012。天线设计图如图1所示，天线共分为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作天线辐射单元，其基本辐射单元为一0．508mmx3．12mm的细长矩形，辐射单元分布两层，两层间的各个辐射单元以0．2x0．2mm的小金属片作为过孔连接。采用这种布线方式一方面可阻隔各层金属线凶紧密配置造成的耦合效应，一方面可以充分利用三维立体空间以缩小整个元件尺寸嘲。底层LTCC基板上制作接地金属面，覆盖辐

6、射单元以下直至输入端的部分。为了满足RFID系统对天线的体积和重量提出的苛刻要求，可以采用微带线馈电。微带线馈电时馈线与微带贴片共面，因而制作简单。田I天线结构图0．细l3．仿真结果及分析采用ADSMomentum对天线进行建模和仿真，得到Sll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，剐教授，研宄方向：天线设计、移动信遣仿真、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：JA07137．一26—在2．45GHz附近，在2．45GHz频率下的输入阻抗为

7、51．6+j0．75，反射系数：36．083dB，SIl小于-10dB的带宽达90MHz，相对带宽3．639％，其带宽覆盖了RFID2．45GHz频段工作频率。●IlZ№q=：】．1)产零姗l隧坚炉．2291．110．2291．IdB(SI!一。‘NmZ覃／江、／。、／．3Dl／1．”3rreq=24j50GHz’y静B(s(1，1)>：一36．Ol13．4PI●，幢’U．’∞freq。C4-1z(a)天线的SII仿真结果keq(O．0000H．-b5．0000Ha】(b)输入阻抗图2天线的仿真结果一一一幅瞒吣!生理飞而略

8、芦：W『lW●●●o一。：七一’j．●--●1-O2：■2J42．·X：3．40mm△：3．05mm口：2．95mmIIII,O他图3基本辐射单元长度改变时SI1仿真结果当把天线基本辐射单元的长度分别改为2．95舢、3．05ram、3．40ram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