面向RFID應用的2.4GHz微帶天線的設計與實現

　　引言

　　RFID技術利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信，可達到識別并交換數據的目的。與磁卡和IC卡等接觸式識別技術不同，RFID系統的電子標簽和讀寫器之間無需物理接觸就可完成識別，屬于非接觸識別。RFID技術具有一些獨特的優點，它可更廣泛地應用于交通運輸、醫療和防偽等領域中[1]。

　　隨著我國經濟的迅猛發展，鐵道部已投入大量資金用于建立全路車號自動識別系統的工程建設中，目標是在所有機車上安裝電子標簽，在所有區段站、編組站、大型貨運站安置地面讀寫裝置，對運行的列車以及車輛信息進行準確的識別。鐵路射頻車號自動識別系統已經成為鐵路信息化建設的一個重要組成部分。TKCG-08RFID列車自動識別系統正是在這一背景下進行研發的，它利用微波射頻通信技術，實現了列車車號的自動識別。其數據通信方案如圖1所示。

　　數據傳輸是RFID系統運行的一個重要環節。射頻信號通過閱讀器天線和標簽天線的空間耦合(交變磁場或電磁場)實現數據傳遞，因此，天線在整個RFID系統中扮演著重要角色，一方面天線的好壞決定了系統的通信質量，另一方面天線決定了系統的通信距離。

　　根據工作頻段不同，在RFID產品中使用不同類型的天線，可選擇的天線種類很多。在選擇的時候，天線大小、成本、性能都是非常重要的因素。三種最常見的短距天線設備是PCB微帶天線、芯片天線和有一個連接器的鞭狀天線[2]。TKCG-08地鐵列車識別系統應用主要是將閱讀器安裝在線路軌道中間，射頻卡安裝在車體下部中央相應的位置，如圖2所示。當列車以一定速度通過閱讀器時，閱讀器識別出射頻卡相應的卡號，進而得到列車車號信息。由于射頻卡體積有限，而且需要控制成本，微帶天線具有低成本、高性能、小尺寸等優勢，因此選擇微帶天線作為本系統使用的天線形式。

　　微帶天線

　　微帶天線是在帶有導體接地板的介質基片上貼加導體薄片而形成的天線。它利用微帶線、同軸線等饋線饋電，在導體貼片與接地板之間激勵起射頻電磁場，并通過貼片四周與接地板間的縫隙向外輻射，因此微帶天線可看作是一種縫隙天線，如圖3所示。和常用的微波天線相比，它有如下一些優點：體積小、重量輕、成本低，饋電網絡可與天線結構一起制成，適用于用印刷電路技術大批量生產，能與有源器件和電路集成為單一的模件，容易獲得圓極化，容易實現雙頻、多頻段工作等[3]。

　　根據天線輻射特性的需要，可以設計貼片導體為各種形狀。通常貼片天線的輻射導體與金屬底板距離為幾十分之一波長。假設輻射電場沿導體的橫向與縱向兩個方向沒有變化，僅沿約為半波長的導體長度方向變化，則微帶貼片天線的輻射基本上是由貼片導體開路邊沿的邊緣場引起的，輻射方向基本確定。