一种可手戴RFID标签天线设计
引言
随着射频识别（rfid）技术的快速发展，射频识别系统得到了越来越广泛的应用。由于分米波波段（uhf）的rfid系统具有高的读取速率以及较长的读取距离，因此近年来关于uhf波段的rfid系统的研究越来越多。无源的rfid标签（tag）通常由rfid标签芯片和rfid标签天线构成。rfid标签天线的设计对于rfid系统具有十分重要的作用，近来，关于rfid标签天线的研究越来越多，尤其是对于900mhz频段的rfid标签天线。一些基于偶极子结构的标签天线已经在许多rfid系统中得到成功的应用，但是在一些特殊的应用中，当标签靠近金属表面或者贴在金属表面时，标签天线的阻抗特性会受到很大的影响，导致读取距离大大减小，甚至无法工作。这个问题受到了许多研究者的关注，在一些文章中提出了可以放置在金属表面的rfid标签天线，这些天线自身都带有金属地结构，因此当放置在金属表面上时仍可以良好的工作。但是，这些天线所匹配的rfid标签芯片的阻抗的实部值都较小，一般都小于20。而现有的一些rfid标签芯片的阻抗实部接近40，本文所提出的rfid标签天线所使用的rfid标签芯片的阻抗实部为42。
另一方面，随着个人电子通信领域的发展，可穿戴天线也得到了越来越多的研究。在rfid领域，可穿戴的rfid标签也有着很大的发展前景。除了当rfid标签天线靠近金属时会使天线特性改变外，一般的rfid标签天线在靠近人体的情况下，也会使得阻抗特性发生很大变化，使得读取距离大大缩短。
本文提出了一种可以带在手腕上的rfid标签天线，首先对所提出天线的平面结构进行研究，然后对将天线戴在手腕上时的情况进行了仿真分析，并制作了天线实物进行了测量。
2 天线结构
本文所设计的天线是对应一种工作在915mhz的rfid标签芯片而设计的，该种芯片的输入阻抗为42-j157ω。通过调节参数，本文提出的天线很容易与具有其他输入阻抗值得芯片相匹配。天线的平面结构如图1所示。
图1 rfid标签天线平面结构
该天线主要由三部分组成，地板，主辐射贴片以及耦合馈电贴片。其中主辐射贴片为两个对称的贴片，两个贴片之间间隔为1mm，贴片的外端由短路片与地板相连。主辐射贴片与地之间采用泡沫层支撑。主辐射贴片上有一对对称的耦合馈电贴片，相距1 mm，标签芯片对耦合馈电片对称馈电，耦合贴片与辐射贴片之间通过容性耦合传递能量。主辐射贴片与耦合贴片之间放置fr4介质板，er=4.4。 通过调节主辐射贴片的长度l1可以调整天线的谐振频率，而天线的输入阻抗由参数w1，lc调节。本文所设计的天线尺寸如表1所示。
表1 rfid标签天线尺寸参数（单位：mm）
3 仿真与测量结果
因为当将天线戴在手腕上时，天线的形状会发生较大的变化，所以天线设计时，除了要考虑天线处于平面结构时的特性外，还需要进一步考虑当天线被戴在手腕上时发生形变后的特性。在仿真研究中，用如图2所示的环形结构来模拟当天线戴在手腕上后的情况。天线在不同形状下的回波损耗如图3所示。
图2 发生形变后天线的模拟结构图
图3 回波损耗的仿真结果
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图1 rfid标签天线平面结构
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图2 发生形变后天线的模拟结构图
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