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必一体育app官方.关于超小型超高频段RFID标签天线的设计全面解析
来源:必一体育app网页版登录 作者:必一体育app下载 发布时间:2024-05-12 02:21:08  点击数:20
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  RFID应用越来越广泛,市场规模也在不断扩大,同时在技术上的要求也在趋于多样化个性化。该文提出了一种超小型433 MHz PCB天线 dB,达到了RFID系统的应用要求。该天线 mm的半圆区域,尺寸小,同时满足标签小型化和天线性能两方面的要求。

  有源射频识别定位系统现已被广泛应用于各种定位场景。针对实际场景下电子标签小型化的需求,在半径为14 mm的半圆里,应用弯折线实现了标签PCB天线的小型化设计,增益达到-17 dB.基于集总元件电路,天线 MHz的谐振特性,且标签天线 的阻抗匹配。

  即射频识别(Radio Frequency IdenTIficaTIon,RFID),是一种非接触式的自动识别技术,通过无线射频方式进行非接触双向数据通信,对目标加以识别并获取相关数据,具有成本低、定位精度高的优点。有源RFID定位系统已被广泛应用于各种定位场景。天线是RFID系统的重要组成部分,在众多场景中均制约着RFID技术的发展,所以对于RFID天线的研究和设计十分迫切。当前RFID系统的应用主要集中在低频、高频、超高频和微波频段,且在这些频段上的天线设计研究有较大不同。本文系统设计采用超高频段进行通信,目前在UHF频段多采用偶极子及其变形结构,如弯折线天线、折合偶极子天线等。文中设计了超高频段433 MHz的标签小型化天线,需同时满足标签小型化和天线性能两方面的要求。

  标签天线发射信号,读写器天线)中,Pth为读写器射频芯片规定的天线 dBmW;Pt为标签射频电路芯片规定的天线 dBmW;Gt为要设计的标签天线增益;GT为已有读写器天线 dBi;为工作波长;r为标签与读写器之间工作距离设计目标,50 m;工作频率为433MHz。RFID系统中读写器天线为圆极化天线,标签天线为线 dB的极化失配损失。根据计算公式和实际场景综合考虑,最后确定标签天线 dB,可满足应用需求。

  标签天线 MHz的标签天线由于波长较长,所以在规定的面积内采用弯折线的天线结构。弯折线天线中弯折次数、弯折角、弯折高度以及弯折线宽均在较大程度上影响了天线的谐振特性。在不改变天线外形尺寸的条件下,随着弯折次数的增加,弯折线天线的谐振频率、谐振阻抗下降,但是下降的趋势渐缓,之后当继续增加弯折次数时,天线的谐振频率基本不变。同样在天线外尺寸不变的条件下,改变弯折高度和弯折角,得到的结果类似,均为开始时随着弯折高度和弯折角的增加,天线谐振频率和阻抗明显下降,之后趋势渐缓,最后基本不变。鉴于天线面积较小,在有限的区域内使用弯折线 MHz的谐振频率,所以设计时需要增加相应的匹配电路进行调谐。

  此外,电子标签电路板设计中射频电路与馈线、馈线与天线之间的阻抗要达到共轭匹配,天线才能获得最大的功率传输,辐射最大的能量。当射频电路与天线阻抗失配时,射频电路的能量将不能全部由天线辐射发出,而且这部分的能量会反射回射频电路,产生驻波,对电路产生较大损害。所以为了使信号和能量有效传输,必须使电路工作在阻抗匹配状态,即与天线连接的芯片阻抗必须和天线阻抗共轭匹配。将芯片阻抗调至50 ,天线 ,从而实现阻抗匹配。

  电子标签采用FR4-环氧树脂电路介质基板(FR4_expoy)厚度为0.8 mm;介电常数为4.4;线 mm。经过长时间绕制,得到天线 设计天线结构图

  图5 天线 MHz频率点对应的阻抗值,Zt=2.832 004-i222.484 839,天线实部较小,呈现容抗性。这里使用ADS进行阻抗匹配工作。设计原理是天线增加匹配电路后,组成一个新的电路结构,整个电路在433 MHz处谐振,阻抗达到50 ,从而实现阻抗匹配。ADS原理图中用集总元件表示天线的阻抗,具体设计方法是天线等效为一个电阻和电容的串联,设电阻为R,电容为C

  图8 天线曲线所示,仿线 MHz,结果符合有源RFID系统中通信频率的设计要求。但ADS因存在精度问题,会自动调整输入值,所以只采用其提供的匹配电路结构图,具体的元器件值还需进行实际调试得到。实际调试中用矢量网络分析仪连接同样的匹配电路结构进行调试。准备一块带有匹配电路电感位置的天线板。根据以下步骤调试匹配电路:(1)启动矢量网络分析仪。(2)将矢量网络分析中的同轴传输线外导体连接匹配电路中接地端,将内导体连接匹配电路馈线)焊接匹配电路中其中一个电感,根据矢量网络分析中的Smith圆图调节另一个电感值,直到谐振频率为433 MHz时,调试完成。经调试,确定调试过程中L3为30 nH,L2为12 nH.最终结果如图9所示。

  本文提出了一种超小型433 MHz PCB天线 dB,达到了RFID系统的应用要求。天线 mm的半圆区域,在目前所有的文献中面积最小。该天线已制作完成,经过不断调试,在匹配了两个电感后,谐振频率达到433 MHz。该天线尺寸小,是一种性能较好,工程上实用性强的标签天线。

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