金屬表面UHF RFID標簽天線設計

　　0 引言

　　RFID(無線射頻識別)系統主要由RFID讀寫器和電子標簽組成。近年來，RFID技術已經廣泛應用于工業自動化、商業自動化、交通運輸控制管理等眾多領域。國內RFID目前主要使用的頻段有125 kHz(低頻)、13.56 MHz(中高頻)、902～928 MHz(超高頻)，越來越多的研究機構開始對超高頻RFID系統進行研究，以實現系統的遠距離、高速率、低成本等特性。作為RFID必不可少的一部分，電子標簽以其低成本、小體積、非接觸式等特性取代了傳統的二維條碼，普遍應用于身份識別、車輛管理、倉儲物流、防偽、零售等眾多領域。普通的超高頻電子標簽一般采用印制偶極子天線，該結構可以應用于貨物、商品、書本等采用非金屬介質的表面，而在固定資產管理、集裝箱、機車、電子車牌、電力設施等許多領域，由于采用了金屬表面結構，傳統的超高頻電子標簽在金屬表面幾乎不能正常工作，對此本文設計了一款工作在902～928 MHz的低成本、小體積、高增益的抗金屬電子標簽天線。

　　1 現有的金屬表面標簽天線

　　目前在美國和歐洲等發達國家，金屬表面標簽技術已經發展得較為成熟，廣泛應用到了物流中的各個領域，而我國普通的超高頻電子標簽已經十分普及，但可以真正用于金屬表面的電子標簽很少。金屬表面標簽技術仍處于起步階段，國內許多金屬表面標簽天線都是在傳統的偶極子標簽天線上改進的，通過增加標簽天線與金屬表面的距離來減少金屬反射面對標簽的影響。標簽天線與金屬表面的距離H應保持1 cm以上的高度，這樣雖然提高了標簽的讀取距離，但會使整個標簽的體積和成本增加，天線的帶寬降低，并沒有很好地解決表面金屬對標簽天線的影響，此時標簽天線的性能遠沒有其用于非金屬表面的性能好;基于陶瓷介質的微帶天線也可以用到金屬表面，它利用陶瓷介質的高介電常數，使天線的體積能夠做到很小，利用金屬表面作為自己更大的反射面，使天線的性能十分穩定，但由于陶瓷天線的造價太高，不適合電子標簽的低成本批量生產;另外一種可適用金屬表面的標簽天線方案是在天線輻射面與金屬面之間增加一層AMC(人工磁導體)結構，如圖1所示。通過AMC的高阻抗特性使電子標簽與AMC之間產生的磁流方向和金屬面與 AMC之間的磁流方向相同，從而提高電子標簽的增益與讀取距離，但這項技術目前研究的難度和成本都很高，仍處于實驗室階段。

　　2 印刷結構標簽天線

　　針對目前金屬表面用超高頻RFID電子標簽的應用需求，設計了一款新型結構的電子標簽天線。該天線首先在一片平面材料(如PVC薄膜、紙等)上采用銀漿(或銅、鋁等)印刷，如圖2所示的平面結構。標簽芯片安裝后，將此平面貼紙標簽沿折線粘貼于方形介質材料上。

　　當此標簽固定在金屬表面(無論使用標簽的哪一個面貼于金屬)使用時，標簽天線可以等效成PIFA天線模型(如圖3所示)。此時金屬平面作為天線的反射面，對天線的性能將產生有益的影響。圖3中尺寸結構：w=45 mm，l=95 mm，h=5 mm，w1=31 mm。