用于UHF频段射频识别系统的小型右手圆极化四臂螺旋天线设计方案

射频百花潭 2018-03-31 11:32 次阅读

本文设计了一种用于UHF 频段射频识别系统的小型右手圆极化四臂螺旋天线。天线由四块印刷介质板装配组成,辐射部分为印制在介质板的4个金属条带臂,通过微带威尔金森功分器馈电。通过对关键参数的仿真优化,天线尺寸为60 mm × 60 mm × 8 mm,峰值增益为4.2 dB,带内轴比< 3 dB,3 dB 波束宽度> 120°。实物测试结果与仿真结果吻合良好。

1 引言

射频识别(RFID)技术近年来得到了广泛的重视和应用。UHF频段的RFID 系统,由于其传输距离远、传输速率高,受到了更多地关注[1]。典型的RFID系统由RFID 阅读器和标签两部分组成,RFID无源标签依靠RFID 阅读器发射的电磁信号供电,并通过反射调制电磁信号与阅读器通信。因此,RFID读写器天线设计的优劣对其系统工作性能有关键的影响。

随着手持移动端RFID读写设备的发展,减小天线尺寸成为了读卡器天线设计中非常重要的设计要求,同时由于使用场景的复杂性,RFID无源标签的姿态的非固定性,良好的圆极化性能也不可或缺。不同的应用场景对读写距离的要求也不同,如资产管理和人员管理应用中,要求最少数米的读写距离,这就对设备内置天线的增益提出了要求。另一方面,为了便于与移动设备集成使用,要求天线具有结构简单,稳定,重量轻的特点。

传统的读写器天线包括偶极子天线,折合振子天线,陶瓷微带天线等均不能满足读写器天线对于高圆极化性能的要求[2][3]。四臂螺旋天线由于其出色的圆极化性能被等人应用于RFID系统中。印刷四臂螺旋天线继承了四臂螺旋天线圆极化性能好,轴向辐射等特性,同时又具有制作简单,稳定性好的特点。Wang-Ik Son等人将PIFA天线应用于印刷四臂螺旋天线并分析了天线的匹配原理[4],本文在此基础上对天线的馈电匹配和辐射结构均进行了改进。结合印刷四臂螺旋天线和PIFA天线的形式提出了一种小尺寸、低剖面、高性能的圆极化射频识别天线。

2 天线结构设计

本文采用三维电磁设计软件HFSS13.0对天线结构进行了设计仿真和优化。天线模型示意图如图1所示。

1a整体结构

天线由四个改进的PIFA天线以四臂螺旋的形式组成。整个天线结构由四块介质板组成,中间两块小介质板采用卡子形状设计以保证物理结构的稳定和牢固。天线的功分馈电网络印制在下层介质板上的,四个PIFA天线印制在上层及中间介质板上。PIFA天线印制在介电常数3.5,厚度1mm的F4BM350介质板上,每个天线由印制在上层介质板的辐射臂和中间介质板的匹配馈电结构组成。

1b侧视图

1c天线馈电网络模型示意图

图 1 天线模型示意

3 天线关键参数设计和优化

天线部分参数示意如图2所示。中间部分为天线的馈电匹配结构,用于设计天线的阻抗匹配已达到最佳性能,设计对这一部分结构参数的优化设计是该天线的重点。经过仿真验证,参数H主要影响天线的谐振频率,这是H长度的金属条带本身既具有馈电传输能量的作用,同时也是PIFA天线谐振臂的一部分,从而影响天线的主谐振频率。L1和L2决定了PIFA天线短路匹配结构的位置和长度,主要影响到天线输入阻抗的虚部大小,可以等效为在天线输入端加载电容电感的效应,L2同时也会影响到PIFA天线辐射臂的长度大小,从而影响到主谐振频率。各参数的优化结果如表1所示,此时天线达到最佳匹配效果。

图2 天线部分参数示意图

表1  各参数优化结果

4 天线加工与测试结果

天线加工实物图如图3所示,为了方便与后级系统连接,馈电端口用一根一端为SMA接口的引线引出。天线的各指标仿真与测试结果在下图处给出。图4为天线回波损耗结果图,仿真和测试结果基本趋势吻合良好,但存在一定频偏,可能是材料的介电常数不稳定,以及加工装配误差所导致。图5是天线峰值增益结果图,仿真与测试基本吻合,实测最大增益约为4.1dBic,与仿真最大4.2dB基本一致,图6为922MHz频点phi=0°主平面的右旋极化增益方向图,3dB波束宽度大于120°,同样与仿真结果吻合良好,这些都说明了设计结构的稳定性。

图3 天线实物图

图4 回波损耗结果图

图5 天线峰值增益结果

图6  922MHz频点方向图测试结果

5 结束语

本文利用将四臂螺旋天线和PIFA天线结合,改进了馈电和装配结构,设计了一种工作在UHF频段的新型RFID读卡器天线,天线整体尺寸60mm*60mm*8mm,与传统的读写器天线相比,具有小型化,低剖面,高增益,宽波束以及结构稳定的特点,实物测试与仿真结果吻合良好。

参考文献

1慈新新,王苏滨,王硕. 无线射频识别( RFID) 系统技术与应用[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2007.

2Z. N. Chen, X. Qing, and H. L Chung, “A universal UHF RFID reader antenna”, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 57, no. 5, pp. 1275-1282, May 2009.

3T. N Chang, and J. M. Lin, “ A novel circularized patch antenna with a serial multislot type of loading”, IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 55, no. 11, pp. 3345-3348, Nov. 2007

4W.-I. Son, H.-L. Lee, M.-Q. Lee, S.-B. Min, and J.-W. Yu, “Compact square quadrifilar spiral antenna with circular polarization for UHF mobile RFID reader,” in Proc. Asia Pacific Micro. Conf., pp. 2271–2274,Dec. 2010.

原文标题:一种新型的UHF频段RFID读卡器天线

文章出处:【微信号:gh_f97d2589983b,微信公众号:射频百花潭】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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NCP508 LDO稳压器 50 mA 高PSRR 低噪声 快速开启

是一款50 mA低噪声,低压差(LDO)线性稳压器,旨在实现快速导通时间,低噪声和高纹波抑制。该器件坚固耐用,集成了限流和温度保护电路。 NCP508设计用于低成本陶瓷电容器,采用SC-88A或1.5x1.5 mm的小型WDFN封装。标准电压版本为1.5,1.8,2.5,2.8,3.0和3.3。可以使用其他电压以及该设备的汽车合格版本:联系您当地的销售代表。 特性 优势 没有旁路电容的39 uVrms的极低噪声 适合音频或测量应用 快速启用响应(20 usec) 快速响应开启信号 1 kHz时高达70 dB的纹波抑制 从电池或噪声电源提供干净的电压轨 可以使用ESR范围为毫欧至3欧姆的去耦电容。 适用于廉价的陶瓷电容器 应用 终端产品 手机中的RF子系统 噪声敏感电路; VCO,PLL 蓝牙耳机 仪表,仪表 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 10:02 41次 阅读
NCP508 LDO稳压器 50 mA 高PSRR 低噪声 快速开启

MC33762 LDO稳压器 80 mA 1 V 双路输出 高PSRR 低噪声 带开/关控制

2是一款双路低压差(LDO)线性稳压器,具有出色的噪声性能。由于其创新设计,该电路在没有外部旁路电容的情况下达到令人印象深刻的40μVRMS噪声水平。这款线性稳压器采用小型μ8封装,是空间和噪声非常高的理想设计者选择。 没有外部带隙电容可加快唤醒信号的响应时间并将其保持在40μs,使MC33762 LDO线性稳压器成为便携式应用的理想选择。 MC33762还采用了一种新颖的架构,可以防止在快速瞬态突发中出现过多的下冲,就像在任何爆破系统中一样。最后,静态线路调节优于-75dB,它自然地屏蔽下游电子设备免受波动线的影响。 特性 标称输出电流为80mA,峰值能力为100mA 超低噪音:150nV / sq。根Hz @ 100Hz,40mVRMS 100Hz - 100kHz典型值,I out = 60mA,Co = 1mF 从OFF到ON的快速响应时间:40ms典型 为1.0 V平台做好准备:ON 900 m V高电平 典型压降90mV @ 30mA,160mV @ 80mA 纹波抑制:70dB @ 1kHz 1.5%输出精度@ 25°C 热关机 V out 可在2.5 V,2.8 V和3.0 V下使用 每个调节器的单独骰子提供调节器之间的最大隔离 工作温度范围...
发表于 07-30 06:02 58次 阅读
MC33762 LDO稳压器 80 mA 1 V 双路输出 高PSRR 低噪声 带开/关控制

NCV8165 LDO稳压器 500 mA 低压差 超低Iq 超高PSRR 超低噪声

5是一款LDO(低压降稳压器),能够提供500 mA输出电流。 NCV8165器件旨在满足RF和模拟电路的要求,具有低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。提供DFNW8 0.65P,3 mm x 3 mm x 0.9 mm封装。 类似产品: NCV8160 NCV8161 NCV8163 NCV8165 输出电流(A) 0.25 0.45 0.25 0.50 PSRR f = 1 kHz(dB) 98 98 92 85 噪音(μV RMS ) 10 10 6.5 8.5 特性 优势 超高PSRR在1 kHz时为85dB,在100 kHz时为63dB 非常适用于Wi-Fi模块等功耗敏感设备 超低输出噪声8.5μV RMS 非常好适用于噪声敏感应用 超低静态电流12μA 在轻载条件下提高效率 工作输入电压范围1.9V至5.5V 适用于电池供电设备 极低压差200mV,500mA 满载时的低功耗 应用 终端产品 A / D和D / A转换器电源 音频编解码器 电池供电设备 相机模块 RF模块 WiGig电源 LP5907或LP5912升级 汽车设备点负载调节 信息娱乐,车身控制和导航 远...
发表于 07-29 22:02 71次 阅读
NCV8165 LDO稳压器 500 mA 低压差 超低Iq 超高PSRR 超低噪声

NCV8177 LDO稳压器 500 mA 高PSRR 带使能

7是CMOS LDO稳压器,具有500 mA输出电流。输入电压低至1.6 V,输出电压可设置为0.75 V.它提供非常稳定和精确的电压,具有低噪声和高电源抑制比(PSRR),适用于RF应用。 NCV8177适用于为汽车信息娱乐系统和其他功率敏感设备的RF模块供电。由于功耗低,NCV8177具有高效率和低散热性。小型4引脚XDFN4 1.0 mm x 1.0 mm封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.6 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 根据要求提供多种固定输出电压选项和其他选项,范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 0.5 A(1.8V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 灯光 仪器设备 相机,摄像机,Se nsors 相机 摄...
发表于 07-29 22:02 59次 阅读
NCV8177 LDO稳压器 500 mA 高PSRR 带使能

BCM95352E 采用BroadRange <sup>®</ sup>技术的AirForce <sup>®</ sup> 802.11g路由器片上系统参考设计

将54g无线LAN路由,快速以太网交换和MIPS指令集处理器组合到一个片上系统(SoC)中。 BCM5352E是Broadcom集成度最高的第二代Wi-Fi路由器处理器。它提供了最高的性价比,使制造商能够构建功能齐全的网络产品,从而提供以前可从设备获得的无线和有线性能,成本高达两倍。 BCM5352E还具有Broadcom的BroadRange®技术,符合标准的硬件增强,扩展了基于54g的无线设备的范围。该技术采用先进的信号处理技术,可提供出色的接收灵敏度,使Wi-Fi用户能够从接入点进一步维持高达50%的高速无线连接。 功能 将Broadcom广受欢迎的54g无线局域网路由器技术与其第六代ROBOswitch&trade集成;以太网交换机系列 第一个路由器解决方案包括BroadRange ® 技术,提高无线路由器的接收灵敏度和范围。 Wi-Fi认证适用于WPA2和贸易; (802.11i安全扩展)和WMM ® (802.11e标准的QoS部分)。 支持125高速模式和交易;和SecureEasySetup ® 软件,Broadcom业界领先的性能和易用性功能(但合作伙伴可以选择实现这些功能)。 应用程序 笔记本电脑 个人电脑 PC卡 数码相机 数码摄像机 便携式音频/媒体/游戏设备 接入点 住宅宽带网关...
发表于 07-04 13:13 54次 阅读
BCM95352E 采用BroadRange <sup>®</ sup>技术的AirForce <sup>®</ sup> 802.11g路由器片上系统参考设计

BCM94704 802.11a / g AP /路由器参考设计

AirForce® BCM94704是一款无线网络处理器,能够在集成IPSec(IP安全)加速引擎上实现线速以太网路由/桥接和虚拟专用网络(VPN)终端。   空军® BCM94704是需要高带宽性能和高级安全功能(如加密和用户身份验证)的企业客户的明智选择。 BCM94704集成了先进的定制300 MHz MIPS32和交易;处理器内核,两个10/100以太网MAC(媒体访问控制)和一个高性能SDRAM控制器,能够以133MHz的频率运行,具有双倍数据速率(DDR)或单数据速率(SDR)SDRAM。为了实现高级安全性,BCM94704集成了片上IPSec加速引擎,可提供高达75Mb / s的单程AES / 3DES加密吞吐量,并支持广泛的行业标准安全功能,如对称密钥加密和认证算法包括最新的256位高级加密标准(AES),数字加密标准(DES),3DES,SHA-1,MD5,HMAC-SHA1和HMAC-MD5。  应用程序 个人计算机 802.11无线局域网解决方案 智能设备 ...
发表于 07-04 13:13 38次 阅读
BCM94704 802.11a / g AP /路由器参考设计

HLMP-1790 T-1(3mm),低电流LED灯

这种着色漫射LED灯专为低电流操作而设计和优化。发光强度和正向电压在2 mA下进行测试,以确保在TTL输出电流水平下的一致亮度。 特性 低功率 高效率 兼容CMOS-MOS 兼容TTL 宽视角 批量供货 T中的HighPerformance Green -1包
发表于 07-04 11:37 39次 阅读
HLMP-1790 T-1(3mm),低电流LED灯

FASTPATH-UWS FASTPATH®统一无线交换网络软件

FASTPATH统一无线交换(UWS)使OEM能够引入下一代交换平台,可以在同一平台上无缝处理无线和有线流量。   随着越来越多的组织采用无线局域网(包括高速802.11n网络),FASTPATH UWS架构提供了可扩展且强大的功能集,以支持无线网络的需求。凭借即插即用接入点管理,自动RF管理,无缝快速漫游,企业级对等交换和安全等功能,FASTPATH UWS为面向未来的网络提供融合的无线/有线软件平台。 功能 自动分配频道和无线电范围设置的简化即插即用无线电管理 控制端到端服务质量(QoS)交换机和接入点元素 网络管理,包括SNMP v1,v2c和v3,CLI,HTTP和可视网络覆盖地图套件 无线入侵检测和预防 支持统一和控制器部署模型...
发表于 07-04 10:22 30次 阅读
FASTPATH-UWS FASTPATH®统一无线交换网络软件

BROADVIEW™ 仪表软件套件

ption.partnerWindow {overflow-y: scroll;overflow-x: hidden;height: 400px;}BroadView™ is a software suite that offers programmable access to the internals of a switch in a fast and scalable manner. It delivers breakthrough solutions for dataplane tasks such as monitoring, congestion control and advanced troubleshooting. The software is offered as an open source for faster innovation and easier integration.Software Defined Networks (SDN) and Network Function Virtualization (NFV) are fundamentally transforming data networks by disaggregating vertically integrated boxes and promoting open source technologies. Traditional analytics tools are not good enough to take advantage of the new opportunities offered by SDN such as network programmability, automation and optimization. Broadcom BroadView™ offers rich congestion analytics by facilitating real-time gathering of telemetry in a scalable manner, enabling pro-active congestion monitoring and mitiga...
发表于 07-04 10:19 58次 阅读
BROADVIEW™ 仪表软件套件

BCM1111 VoIP CPE引擎

VoIP处理器,为以太网住宅网关和独立媒体终端适配器应用提供高水平的系统集成,性能和功能。   BCM1111是一款高度集成的VoIP处理器,基于MIPS32® 300 MHz增强型处理器内核(600-DMIPS)。关于MIPS®的声音;该技术无需为VoIP应用提供单独的DSP。这种增强型处理器内核采用先进的指令集,两个单周期乘法和累加引擎,以及优化的内存结构,可在复杂的声码器上提供高级性能。还集成了双模拟编解码器,两个10/100以太网MAC,一个10/100 PHY和一个32位,33 MHz PCI / CardBus接口。 功能 BCM1111是一款高度集成的硅解决方案,适用于以太网住宅网关,独立媒体终端适配器和无线路由器终端适配器应用。 300 MHz MIPS32® CPU(600 DMIPS),具有VoIP优化指令集和大型独立数据和指令缓存。 RFC 3261的完整SIP客户端实现 支持G.711,G.726和G. 729A语音编解码器 应用程序 IP电话 独立媒体终端适配器...
发表于 07-04 10:13 59次 阅读
BCM1111 VoIP CPE引擎

BCM3405 多通道低噪声放大器(LNA)

Broadcom BCM3405是一款高度集成的多通道低噪声放大器(LNA),旨在大幅降低有线机顶盒和住宅网关中多种设计的复杂性和成本。   BCM3405支持三个带内通道,一个带外通道和一个旁路通道。 BCM3405与BCM3418相结合,可满足OpenCable和贸易的RF要求;规格。 BCM3405和BCM3418的组合通过消除在这些产品中分配信号所需的主要组件,显着降低了多工具应用的设计复杂性和成本。  功能 三个带内通道支持 一个带外通道和一个旁路通道 五通道分离,不会损失增益和噪声频率 显着简化前端设计 应用程序 家庭网关  机顶盒 ...
发表于 07-04 09:58 43次 阅读
BCM3405 多通道低噪声放大器(LNA)

55GN01FA RF晶体管 NPN单 10 V 70 mA f

FA是RF晶体管,10 V,70 mA,f T = 5.5 GHz,NPN单SSFP用于UHF宽带低噪声放大器应用。 特性 高截止频率:fT = 5.5GHz(典型值) 高增益。前向传输增益= 19dB(典型值)[f = 400MHz] 允许应用集的Ultrasmall包小而苗条。 无卤素合规。 电路图、引脚图和封装图
发表于 04-18 19:37 63次 阅读
55GN01FA RF晶体管 NPN单 10 V 70 mA f