周錦文

(中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所，揚(yáng)州 225001)

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RFID近場(chǎng)天線應(yīng)用及設(shè)計(jì)方法研究

周錦文

(中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所，揚(yáng)州 225001)

射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)在交通、物流貨運(yùn)、工業(yè)生產(chǎn)、設(shè)備監(jiān)控以及服務(wù)行業(yè)等諸多領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)近場(chǎng)天線的應(yīng)用及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入研究，結(jié)合天線近場(chǎng)耦合原理和微帶天線諧振腔模型法，提出了一種近場(chǎng)天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，還將天線應(yīng)用到電信機(jī)柜管理系統(tǒng)中，利用HFSS對(duì)設(shè)計(jì)出的天線進(jìn)行仿真，并加以測(cè)試驗(yàn)證。制作出的天線經(jīng)過測(cè)試，在電信機(jī)柜環(huán)境下的回波損耗在頻帶918～926 MHz中小于-10 dB，并且諧振于922 MHz。單根近場(chǎng)天線的近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)能夠覆蓋電信機(jī)柜管理平面內(nèi)的500 mm×300 mm的區(qū)域，并據(jù)此確定出覆蓋整個(gè)電信機(jī)柜平面的天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

射頻識(shí)別系統(tǒng)；近場(chǎng)天線；微帶天線；諧振腔模型法；優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

0 引 言

射頻識(shí)別技術(shù)[1](RFID)是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，是無線電識(shí)別的簡(jiǎn)稱，即通過無線電波進(jìn)行識(shí)別。早在第二次世界大戰(zhàn)期間就已經(jīng)出現(xiàn)了射頻識(shí)別技術(shù)。它是對(duì)雷達(dá)概念的繼承與發(fā)展。RFID的理論基礎(chǔ)于上世紀(jì)40年代建立，并在80年代開始有了較為成熟的商業(yè)應(yīng)用[2]。同其他識(shí)別系統(tǒng)相比，射頻識(shí)別系統(tǒng)避免了與觸點(diǎn)連接易受干擾的缺點(diǎn)，從而越來越受到人們的重視。

一個(gè)較為典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成[3]一般包括標(biāo)簽、讀寫器和應(yīng)用系統(tǒng)。

對(duì)于配備無源標(biāo)簽的射頻識(shí)別系統(tǒng)而言，系統(tǒng)工作主要包括3個(gè)過程：首先由讀寫器主機(jī)發(fā)送高頻電流，通過讀寫器天線發(fā)射射頻信號(hào)給在讀寫器讀寫范圍內(nèi)的無源標(biāo)簽提供能量，即激活標(biāo)簽；然后被激活的標(biāo)簽將標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的信息發(fā)送給讀寫器；最后讀寫器再將標(biāo)簽返回的信息傳送給應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)具體的應(yīng)用背景，對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行控制、存儲(chǔ)和管理。

一般情況下，射頻識(shí)別系統(tǒng)中的標(biāo)簽由標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片兩部分組成。標(biāo)簽要想正常工作，首先要被激活，而標(biāo)簽被激活就必須滿足3個(gè)條件：

(1) 標(biāo)簽的頻率范圍在射頻識(shí)別系統(tǒng)讀寫器天線的工作頻率范圍之內(nèi)；

(2) 標(biāo)簽必須處在射頻識(shí)別系統(tǒng)讀寫器天線的讀寫范圍，也就是系統(tǒng)作用距離之內(nèi)；

(3) 標(biāo)簽必須獲取足夠大的能量才能被激活。

標(biāo)簽被激活之后，系統(tǒng)就要對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行“讀”和“寫”2個(gè)步驟。標(biāo)簽先將自己的信息通過標(biāo)簽天線發(fā)送給讀寫器，這是“讀”的過程；之后讀寫器再將接收到的標(biāo)簽信息傳送給應(yīng)用系統(tǒng)，并對(duì)標(biāo)簽信息進(jìn)行處理，這是“寫”的過程。

射頻識(shí)別系統(tǒng)主要工作在以下頻率[2]：低頻(LF：125～134 kHz)，高頻(HF：13.56 MHz)，超高頻(UHF：國際標(biāo)準(zhǔn)為860 MHz～960 MHz，在中國為902 MHz～928 MHz)和微波波段(2.4 GHz和5.8 GHz)。其中低頻和高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)主要采用磁感應(yīng)耦合的方式進(jìn)行工作，低頻讀寫器天線的讀寫范圍一般為幾厘米至幾十厘米，而高頻讀寫器天線的讀寫距離一般小于10 cm，也就是說標(biāo)簽位于讀寫器天線的近場(chǎng)范圍之內(nèi)才能被識(shí)別，故它們都屬于近距離RFID系統(tǒng)。

近距離RFID系統(tǒng)中的標(biāo)簽工作時(shí)不需要發(fā)射電磁波，這樣就可以為系統(tǒng)的正常工作提供比較大的能量，甚至可以為耗電量大的微處理器供電[1]。近距離RFID系統(tǒng)應(yīng)用于安全性需求較高但對(duì)作用距離要求不大的應(yīng)用場(chǎng)合中，如電子門鎖系統(tǒng)或非接觸式計(jì)數(shù)用IC卡系統(tǒng)。

而微波波段的射頻識(shí)別系統(tǒng)是采用電磁波傳播耦合的方式進(jìn)行工作的，其讀寫器天線的讀寫范圍可達(dá)100 m，也就是說標(biāo)簽?zāi)鼙蛔R(shí)別的區(qū)域已經(jīng)位于讀寫器天線的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，故其屬于遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)。遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)中讀寫器與標(biāo)簽之間數(shù)據(jù)交換所需要的能量是由讀寫器天線所發(fā)射出的電磁波來提供的，所以它可以具有很遠(yuǎn)的作用距離。然而，對(duì)于超高頻頻段的RFID系統(tǒng)，它的讀寫距離位于讀寫器天線的近場(chǎng)區(qū)和遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的邊界附近，既可以利用它進(jìn)行標(biāo)簽和讀寫器之間的近距離信息交換，也可以進(jìn)行標(biāo)簽和讀寫器之間的遠(yuǎn)距離信息交換。若利用超高頻頻段的RFID系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)簽和讀寫器之間的近距離信息交換，將比低頻和高頻的RFID系統(tǒng)具有更高的數(shù)據(jù)通信速率和存儲(chǔ)量，而且系統(tǒng)的安全性需求也能夠得到滿足。

1 近場(chǎng)耦合與標(biāo)簽靈敏度

近場(chǎng)耦合就是指標(biāo)簽天線位于讀寫器天線的感應(yīng)近場(chǎng)區(qū)和輻射近場(chǎng)區(qū)內(nèi)兩天線進(jìn)行的能量交換。在UHF近場(chǎng)RFID讀寫器天線和標(biāo)簽天線之間存在2種耦合方式：電耦合(電容耦合)、磁耦合(電感耦合)。

在電耦合的RFID系統(tǒng)中，標(biāo)簽感應(yīng)到的能量主要存儲(chǔ)于電場(chǎng)中，所以很容易產(chǎn)生損耗和受到高電導(dǎo)率物體的影響。然而在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)出的標(biāo)簽往往較讀寫器尺寸小得多[3]，讀寫器天線的輻射近場(chǎng)分布被標(biāo)簽天線所影響的程度很小，只要標(biāo)簽所在位置有很強(qiáng)的場(chǎng)強(qiáng)，就能夠使標(biāo)簽耦合到足夠的能量以激活自身開始工作。

而在磁耦合的RFID系統(tǒng)中，標(biāo)簽感應(yīng)的能量則主要儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中，這樣就很容易受到高磁導(dǎo)率物體的影響。此時(shí)的讀寫器天線和標(biāo)簽天線之間的耦合系數(shù)可以表示為[4]：

(1)

式中:f為天線的工作頻率;Ntag為標(biāo)簽天線的匝數(shù);Stag為標(biāo)簽天線的橫截面積;B為由讀寫器天線在標(biāo)簽處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度;α為天線錯(cuò)位損耗。

當(dāng)標(biāo)簽位于讀寫器的讀寫范圍內(nèi)時(shí)，若想要標(biāo)簽被激活并正常工作，就必須在標(biāo)簽所在位置處有讀寫器天線輻射出的足夠的電場(chǎng)強(qiáng)度或足夠的能量。而這正是評(píng)價(jià)標(biāo)簽性能好壞的關(guān)鍵指標(biāo)之一。標(biāo)簽的動(dòng)作靈敏度[1]與標(biāo)簽的供電方式?jīng)]有關(guān)系，它是指激活標(biāo)簽或者說有足夠的能量使得標(biāo)簽電路正常工作所需要的最小電場(chǎng)強(qiáng)度E。這個(gè)最小的電場(chǎng)強(qiáng)度被稱作標(biāo)簽的動(dòng)作電場(chǎng)強(qiáng)度Emin。

現(xiàn)今采用先進(jìn)的低功率半導(dǎo)體工藝，可以使標(biāo)簽芯片的功率[1]不超過5 μW。一般來說，工作在UHF頻段內(nèi)的集成式整流器的效率[1]為5%～25%。假如其效率為15%，要確保標(biāo)簽正常工作，就要求標(biāo)簽天線處的接收功率為33.3 μW，大約為-14.8 dBm。也就是說設(shè)計(jì)出的讀寫器天線需要在標(biāo)簽處產(chǎn)生大約-14.8 dBm的能量才可以激活標(biāo)簽。

由以上的RFID耦合原理可知，讀寫器近場(chǎng)天線的設(shè)計(jì)需要滿足2個(gè)條件：

(1) 天線在近場(chǎng)指定區(qū)域內(nèi)要有足夠大的場(chǎng)強(qiáng)分布，才能有足夠大的能量激活標(biāo)簽；

(2) 天線在近場(chǎng)指定區(qū)域內(nèi)要有足夠均勻的場(chǎng)強(qiáng)分布，這樣標(biāo)簽才能在指定區(qū)域內(nèi)的任何地方被激活。

2 單片矩形輻射元微帶天線近場(chǎng)計(jì)算

近場(chǎng)天線的設(shè)計(jì)應(yīng)該著眼于場(chǎng)，以場(chǎng)分布情況作為優(yōu)化目標(biāo)，通過改變天線的幾何形狀，使得優(yōu)化目標(biāo)最優(yōu)。

根據(jù)邊界條件，矩形諧振腔的內(nèi)場(chǎng)可以表示成：

(2)

其中：

(3)

式中：m，n，p不同時(shí)為零，且分別表示沿著x，y，z軸方向的半駐波數(shù)。

(4)

(5)

(6)

(7)

由于y分量的磁流互相抵消，所以磁流只有x分量，那么矢量磁位也只有x分量?？紤]到微帶天線的接地板對(duì)于磁流的影響，運(yùn)用鏡像原理，相當(dāng)于有4根大小相同的磁流源向上半空間輻射電磁波。要注意在進(jìn)行積分運(yùn)算的時(shí)候，積分路徑的選擇很容易出錯(cuò)。在式(7)中，積分路徑是一個(gè)環(huán)路C，而并不是任意進(jìn)行積分的。

為了求矩形微帶天線的近場(chǎng)分布，必須建立近場(chǎng)場(chǎng)點(diǎn)坐標(biāo)系。為了計(jì)算方便，將坐標(biāo)原點(diǎn)O確定在矩形微帶天線輻射元的幾何中心處，x軸方向與矩形微帶天線寬度a的方向平行，y軸方向與矩形微帶天線的長(zhǎng)度b的方向平行，矩形微帶天線向z軸的正方向輻射。

設(shè)置一條近場(chǎng)掃描線，其實(shí)這條線就是近場(chǎng)場(chǎng)點(diǎn)的集合。根據(jù)研究場(chǎng)點(diǎn)位置的不同，可以有不同的近場(chǎng)掃描線，甚至是近場(chǎng)掃描面，根據(jù)需要任意定義。本文中需解決的問題就是要考查距離天線特定距離的某條線上的近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布是否均勻，所以定義了近場(chǎng)掃描線?？梢?，本文中定義的近場(chǎng)掃描線是一條與y軸平行且在yoz面內(nèi)，距離xoy面為d0的線段。

(8)

現(xiàn)在來確定積分路徑。這里以矩形微帶天線輻射元的邊緣作為積分路徑，方向定為從x軸到y(tǒng)軸的方向。得到矢量電位為：

Fx=

(9)

(10)

(11)

又因?yàn)榇藭r(shí)只有磁流源，而沒有電流源，所以：

(12)

因此可以得到單片矩形微帶天線的近場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度分布為：

(13)

到這里完成了對(duì)于單片矩形微帶天線的近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布的理論計(jì)算。

3 矩形微帶天線陣列的近場(chǎng)分布

將若干個(gè)天線按照某種方式安裝排列在一起就構(gòu)成了一個(gè)天線陣列。天線陣的輻射與每一個(gè)陣列單元的天線輻射息息相關(guān)。各個(gè)陣列單元分別向空間輻射，將它們的輻射迭加在一起即可得到這個(gè)天線陣的輻射。所以，天線陣列的輻射與每個(gè)天線單元的型式、相對(duì)位置和電流分布等有關(guān)聯(lián)。選擇并調(diào)整天線單元的型式、相對(duì)位置和電流分布，就能夠得到工程上需要的輻射電磁場(chǎng)分布。

在天線輻射的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，天線陣列理論給出了陣因子的概念來描述陣列對(duì)于天線輻射方向圖的貢獻(xiàn)。但是在天線的輻射近場(chǎng)區(qū)，天線方向圖還未形成，如何描述陣列對(duì)于天線近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布的貢獻(xiàn)至今還沒有一個(gè)系統(tǒng)的專業(yè)理論。接下來本文將以矩形微帶天線組成的直線陣列為例，來探討微帶天線線陣在天線輻射近場(chǎng)區(qū)對(duì)于場(chǎng)強(qiáng)分布的貢獻(xiàn)。

在上一節(jié)中，本文以矩形微帶天線的幾何中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，分析了單片矩形微帶天線的近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的分布。單片矩形微帶天線在近場(chǎng)掃描線上的場(chǎng)強(qiáng)分布是一個(gè)關(guān)于坐標(biāo)y的函數(shù)，也就是說，在近場(chǎng)掃描線上，不同的y值就對(duì)應(yīng)著一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)值?，F(xiàn)在將矩形微帶天線組成陣列，那么每一片輻射元在近場(chǎng)掃描線上的場(chǎng)強(qiáng)分布是可以求出來的。而矩形微帶天線陣列在近場(chǎng)掃描線上某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)值E就是每一片矩形微帶天線在這個(gè)點(diǎn)處輻射的場(chǎng)強(qiáng)的矢量疊加，即[6]：

(14)

那么矩形微帶天線陣列在近場(chǎng)掃描線段上的場(chǎng)強(qiáng)分布問題就轉(zhuǎn)化為求解每片矩形微帶天線在近場(chǎng)掃描線段上的場(chǎng)強(qiáng)分布問題了。

本文在求解單片微帶天線近場(chǎng)分布時(shí)均是將坐標(biāo)原點(diǎn)定在矩形輻射元的幾何中心處的，所以對(duì)于不同的微帶天線陣列單元是在不同的求解坐標(biāo)系下，最后再將這些陣列單元在近場(chǎng)掃描線段上的場(chǎng)強(qiáng)矢量疊加即可求解出微帶天線陣列在近場(chǎng)掃描線段上的場(chǎng)強(qiáng)分布了。

因此，不同的微帶天線陣列單元具有不同的求解區(qū)域，即它們各自的近場(chǎng)掃描線段在各自的坐標(biāo)系下都不同，但是位于陣列坐標(biāo)系下都是相同的。

當(dāng)微帶天線陣列單元數(shù)N為奇數(shù)時(shí)，天線元0在自身坐標(biāo)系下，近場(chǎng)掃描線段的y坐標(biāo)區(qū)間應(yīng)為：

天線元1在自身坐標(biāo)系下，近場(chǎng)掃描線段的y坐標(biāo)區(qū)間為：

那么天線元n在自身坐標(biāo)系下，近場(chǎng)掃描線段的y坐標(biāo)區(qū)間應(yīng)為：

當(dāng)微帶天線陣列單元數(shù)N為偶數(shù)時(shí)，天線元0在自身坐標(biāo)系下，近場(chǎng)掃描線段的y坐標(biāo)區(qū)間應(yīng)為：

天線元1在自身坐標(biāo)系下，近場(chǎng)掃描線段的y坐標(biāo)區(qū)間為：

所以不論N的奇偶性，天線元n在自身坐標(biāo)系下，近場(chǎng)掃描線段的y坐標(biāo)區(qū)間都是一樣型式的區(qū)間。

這樣就得到了每一片矩形微帶天線單元的求解區(qū)域，最后再將每一片矩形微帶天線單元求解出的場(chǎng)強(qiáng)在近場(chǎng)掃描線段上進(jìn)行矢量疊加，就得到了矩形微帶天線陣列在近場(chǎng)掃描線段上的場(chǎng)強(qiáng)分布。

4 近場(chǎng)天線設(shè)計(jì)及仿真

在HFSS13中對(duì)二元微帶天線陣列在自由空間中進(jìn)行建模并仿真。此時(shí)天線的幾何參數(shù)見表1。

同時(shí)設(shè)置了一個(gè)近場(chǎng)掃描線段，線段長(zhǎng)度為60cm，距離天線中心距離為30cm，用于計(jì)算距離天線30cm處在天線軸向60cm距離內(nèi)的近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布。然后對(duì)各個(gè)幾何參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其處于諧振狀態(tài)，并與饋電端口匹配。此時(shí)得到了饋電端口的回波損耗S11和距天線30cm處的近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布，如圖1(a)和(b)所示。

表1 二元微帶天線陣列幾何參數(shù)

圖1 二元微帶天線陣列自由空間仿真結(jié)果

由圖1(a)所示的回波損耗，可見天線有一個(gè)良好的諧振點(diǎn)，頻率為f0=921MHz，且天線S11<-10dB，帶寬大約為9MHz。圖1(b)中的橫坐標(biāo)是歸一化距離，其含義是將近場(chǎng)掃描線段的長(zhǎng)度60cm進(jìn)行歸一化處理，橫坐標(biāo)從0到1的過程就是在近場(chǎng)掃描線段上60cm的范圍。由圖1(b)所示，天線在30cm處的近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布比較均勻，最大和最小的場(chǎng)強(qiáng)值相差大約只有6dB。這一結(jié)果與之前僅對(duì)微帶天線中的主模式分析的結(jié)果相差很小。

本文需要設(shè)計(jì)的是用于電信機(jī)柜管理系統(tǒng)中的近場(chǎng)天線，還必須觀察此時(shí)天線在機(jī)柜模型中的性能指標(biāo)。為此，本文將設(shè)計(jì)出的天線置于機(jī)柜模型中進(jìn)行仿真。

如圖2(a)所示，天線此時(shí)諧振于f0=922MHz這個(gè)頻點(diǎn)，并且這個(gè)頻點(diǎn)處的S11已經(jīng)接近-28dB，此時(shí)天線的匹配狀態(tài)是良好的。并且S11<-10dB的帶寬大約有7MHz。這與在自由空間中的近場(chǎng)天線的回波損耗比較，諧振點(diǎn)偏移了1MHz，帶寬變窄了2MHz，基本上設(shè)計(jì)出的近場(chǎng)天線受機(jī)柜環(huán)境的影響是很小的，而且在要求的頻帶內(nèi)有很好的回波損耗，匹配狀態(tài)良好。再由圖2(b)，可見在機(jī)柜環(huán)境中，天線在機(jī)柜設(shè)備管理平面上分布有均值足夠大的電場(chǎng)強(qiáng)度，并且在近場(chǎng)掃描線段的60cm范圍內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)變化小于5dB，說明了在機(jī)柜環(huán)境下的近場(chǎng)天線滿足了近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布的要求。

圖2 機(jī)柜環(huán)境下二元微帶天線陣列機(jī)柜環(huán)境下仿真結(jié)果

5 近場(chǎng)天線的測(cè)試

對(duì)于用于電信機(jī)柜管理系統(tǒng)的近場(chǎng)天線的測(cè)試主要包括2個(gè)方面：(1)近場(chǎng)天線在電信機(jī)柜環(huán)境下的回波損耗S11；(2)機(jī)柜環(huán)境下的近場(chǎng)天線在機(jī)柜管理平面上的近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布。

加工出來的天線實(shí)物圖如圖3所示。

圖3 天線實(shí)物圖

待測(cè)天線在電信機(jī)柜環(huán)境下的回波損耗S11如圖4所示。

圖4 電信機(jī)柜環(huán)境下近場(chǎng)天線S11測(cè)試圖

制作出的二元矩形微帶天線陣列在機(jī)柜環(huán)境中的回波損耗在頻帶918～926MHz中<-10dB，并且諧振于922MHz。這與仿真結(jié)果相差不大，天線在電信機(jī)柜環(huán)境中的匹配狀態(tài)良好。良好的匹配狀態(tài)才能夠?qū)⒛芰枯敵鰜?，不至于反射回讀寫器中。RFID讀寫器天線的阻抗匹配可以保護(hù)讀寫器的正常工作，而且有利于標(biāo)簽在讀寫器天線的讀寫范圍內(nèi)獲得足夠的能量并被激活。此時(shí)天線帶寬約為8MHz，不是很寬。這與天線中的點(diǎn)頻阻抗變換和彎曲微帶線不無關(guān)系，但是由于標(biāo)簽頻帶范圍是920～925MHz，設(shè)計(jì)出的天線頻帶范圍已經(jīng)將其覆蓋，可以保證機(jī)柜管理系統(tǒng)的正常工作。

由于一般的讀寫器可以提供30dBm的能量給讀寫器天線，而此時(shí)的射頻信號(hào)發(fā)生器提供給近場(chǎng)天線的最大能量為20dBm，輸入的能量偏小10dB，而且一般標(biāo)簽的動(dòng)作靈敏度為-14.8dBm，所以為了方便起見，將此時(shí)的標(biāo)簽?zāi)鼙蛔R(shí)別的能量下限相應(yīng)地提高10dB，所以將-24.8dBm作為電信機(jī)柜管理系統(tǒng)中標(biāo)簽被激活的最小能量。這樣一來，今后讀寫器天線與讀寫器相連接時(shí)，就可以在機(jī)柜管理平面上有最小能量為-14.8dBm的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋了。那么由圖5所示，在距離讀寫器天線20cm，即x=20cm處，y方向的讀取范圍為[-50cm, 21cm]；在距離讀寫器天線30cm，即x=30cm處，y方向的讀取范圍為[-30cm, 18cm]；在距離讀寫器天線40cm，即x=40cm處，y方向的讀取范圍為[-20cm, 19cm]。

可見，在距離天線較近的近場(chǎng)區(qū)域，場(chǎng)強(qiáng)的均值更大，并且在y方向的讀取范圍更大。還可以看出，在電信機(jī)柜平面的中心線處，即x=30cm處的y方向讀寫范圍大約為50cm。

圖5 y方向近場(chǎng)輻射能量測(cè)試結(jié)果

6 結(jié)束語

本文根據(jù)應(yīng)用于電信機(jī)柜管理的UHFRFID系統(tǒng)的讀寫器近場(chǎng)天線的具體性能需求，確定出采用串聯(lián)饋電的微帶天線陣列作為單根近場(chǎng)天線的基本天線型式。并且利用微帶天線諧振腔模型法求出微帶天線在自由空間中的輻射近場(chǎng)區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)分布。利用HFSS仿真出在自由空間中以及在電信機(jī)柜環(huán)境中的單根近場(chǎng)天線的回波損耗和輻射近場(chǎng)區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)分布。最后，本文用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量出了電信機(jī)柜環(huán)境的近場(chǎng)天線的回波損耗。

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Research into The Application and Design Method of RFID Near Field Antenna

ZHOU Jin-wen

(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

Radio frequency identification(RFID)system has been applied to many domains:traffic,logistics freight,industrial production,equipment monitoring and service industry,etc..This paper deeply studies the application and design method of near field antenna,puts forward an optimization design method of near field antenna，and applies the antenna to telecom cabinet management system combining antenna near field coupling principle and microstrip antenna resonator model method,uses HFSS to simulate the designed antenna and performs test & validation.For the made antenna,the echo loss is less than -10 dB in the frequency band 918～926 MHz in telecom cabinet environment,resonates at 922 MHz.According to that near field strength of single near field antenna can cover 500 mm×300 mm in telecom cabinet management plane,the design scheme of antenna system covering total telecom cabinet plane is determined.

radio frequency identification system;near field antenna;microstrip antenna;resonantor model method;optimization design method

2015-07-07

TN82

A

CN32-1413(2016)04-0040-07

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.04.010