用于物流業(yè)中的雙極化全向RFID天線設(shè)計

摘要：為了使RFID在物流業(yè)中有更好的應(yīng)用，分別采用雙點饋電和結(jié)構(gòu)變形的方法，設(shè)計并仿真了雙饋電點圓形貼片天線和寬帶雙極化全向變形倒L天線。經(jīng)HFSS仿真得出，在中心頻率點為2．85 GHz時，雙饋電點圓形貼片天線獲得了雙極化，變形倒L天線獲得了32．3％(VSWR<2)的寬帶。
關(guān)鍵詞：雙極化全向天線；圓形貼片天線；倒L天線；RFID

0 引言
    目前，隨著射頻識別(RFID)在身份識別、銀行業(yè)、交通卡等的廣泛應(yīng)用，其越來越受到社會各個領(lǐng)域的關(guān)注。此外，隨著國家將“物聯(lián)網(wǎng)”的建設(shè)提到戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的地位，RFID在物流倉儲方面的應(yīng)用已越來越受到各個物流公司的重視。RFID在物流倉儲中的應(yīng)用過程包括物流過程中的貨物追蹤、信息的自動采集、倉庫管理應(yīng)用、港口應(yīng)用、郵政包裹、快遞等。如文獻中已對應(yīng)用于身份識別等領(lǐng)域中的RFID天線做了很多研究。在物流業(yè)中，RFID的應(yīng)用不同于身份識別中RFID的應(yīng)用，它需要能夠在較長的距離內(nèi)和各個不同的方向上實現(xiàn)信號發(fā)射與接收，這就要求應(yīng)用在物流業(yè)中的天線具有全向性。同時由于物流識別系統(tǒng)的主發(fā)射接收系統(tǒng)不可能做得很大，其天線極化方向就不一定能夠做成圓極化，這就要求把RFID的天線做成一個雙極化天線，使其在任何方向都使主接收系統(tǒng)能夠接收到RFID標(biāo)簽板的信號。

1 雙饋電點圓形貼片天線設(shè)計
    目前圓形貼片天線的研究主要趨于小型化，雙極化的研究基本沒有涉及。雙饋電點圓形貼片的天線就是為了使圓形貼片產(chǎn)生雙極化。
1．1 雙饋電點固貼片天線尺寸
    雙饋電點圓形貼片的天線分為兩個部分：饋電部分與圓形貼片部分。饋電部分是由一個饋電口引出饋線，然后在饋線上分支形成兩根饋電線，分別饋于圓形貼片天線兩條垂直相交的直徑上，且兩根分支饋線的線長相差λ／4。為了使天線阻抗匹配值為50 Ω，在饋口處設(shè)置了一根調(diào)匹配支節(jié)，如圖1所示。通過調(diào)整L2與L1的長度，使天線的阻抗至50 Ω，這種形式的匹配電路加工制造簡易，成本低廉。

    L2，L1的計算公式如下：
    令ZL=1／YL=RL+jXL，則支節(jié)處向負載看進去的輸入阻抗為：
 
    雙饋電點圓形貼片天線結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    使用介質(zhì)板的介電常數(shù)ε=3．3，介質(zhì)板厚度為0．2 mm，天線半徑為17 mm，天線工作中心頻率f=2．85 GHz，其他尺寸如表1所示。

1．2 雙饋電點圓形貼片天線仿真結(jié)果
    雙饋電點圓形貼片天線仿真結(jié)果如圖3，圖4所示。圖3給出了其駐波比，圖4是其E面輻射方向圖，可以看出在2．8～2．92 GHz范圍內(nèi)駐波比小于2。從圖3，圖4中可以看出達到了最初的設(shè)計目的。

2 寬帶變形倒L天線設(shè)計
2．1 寬帶變形倒L天線尺寸
    倒L天線由水平單元與垂直單元組成，具有水平極化與垂直極化性能，并且其長度和大約為λ／4，故其具有低輪廓特性。但是其頻帶比較窄，典型的只有中心頻率的百分之一。本設(shè)計的變形倒L天線帶寬會有很大的拓寬。倒L天線的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

    使用的介質(zhì)板為FR4板，介電常數(shù)ε=4．4，介質(zhì)板厚度為1．5 mm，線寬W=1 mm。
    其結(jié)構(gòu)尺寸如表2所示。

2．2 變形倒L天線仿真結(jié)果
    變形倒L天線仿真結(jié)果如圖6，圖7所示。圖6給出了其駐波比，圖7給出了其E面方向圖。從圖6可以看出，2．37～3．29 GHz其駐波比小于2，帶寬為32．3％，遠遠高于普通倒L天線的帶寬。由此可以看出，已經(jīng)達到了設(shè)計要求。

3 結(jié)論
    本文設(shè)計仿真了兩款雙極化全向天線，中心頻率均為2．85 GHz，兩款天線仿真結(jié)果均達到了設(shè)計要求。其中，雙饋電點圓形貼片天線可適合于不規(guī)則包裹的貨物信息采集追蹤，在本設(shè)計中使用的介質(zhì)板就是一款軟介質(zhì)材料，其厚度為0．2 mm。變形倒L天線的帶寬達到了32．3％，可用于要求寬帶情況下的貨物信息追蹤。