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基于可手戴RFID标签天线的设计解析

2018年06月06日 16:12 次阅读

1引言

随着射频识别(RFID)技术的快速发展,射频识别系统得到了越来越广泛的应用。由于分米波波段(UHF)的RFID系统具有高的读取速率以及较长的读取距离,因此近年来关于UHF波段的RFID系统的研究越来越多。无源的RFID标签(Tag)通常由RFID标签芯片和RFID标签天线构成。RFID标签天线的设计对于RFID系统具有十分重要的作用,近来,关于RFID标签天线的研究越来越多,尤其是对于900MHz频段的RFID标签天线。一些基于偶极子结构的标签天线已经在许多RFID系统中得到成功的应用,但是在一些特殊的应用中,当标签靠近金属表面或者贴在金属表面时,标签天线的阻抗特性会受到很大的影响,导致读取距离大大减小,甚至无法工作。这个问题受到了许多研究者的关注,在一些文章中提出了可以放置在金属表面的RFID标签天线,这些天线自身都带有金属地结构,因此当放置在金属表面上时仍可以良好的工作。但是,这些天线所匹配的RFID标签芯片的阻抗的实部值都较小,一般都小于20。而现有的一些RFID标签芯片的阻抗实部接近40,本文所提出的RFID标签天线所使用的RFID标签芯片的阻抗实部为42。

另一方面,随着个人电子通信领域的发展,可穿戴天线也得到了越来越多的研究。在RFID领域,可穿戴的RFID标签也有着很大的发展前景。除了当RFID标签天线靠近金属时会使天线特性改变外,一般的RFID标签天线在靠近人体的情况下,也会使得阻抗特性发生很大变化,使得读取距离大大缩短。

本文提出了一种可以带在手腕上的RFID标签天线,首先对所提出天线的平面结构进行研究,然后对将天线戴在手腕上时的情况进行了仿真分析,并制作了天线实物进行了测量。

2 天线结构

本文所设计的天线是对应一种工作在915MHz的RFID标签芯片而设计的,该种芯片的输入阻抗为42-j157Ω。通过调节参数,本文提出的天线很容易与具有其他输入阻抗值得芯片相匹配。天线的平面结构如图1所示。

基于可手戴RFID标签天线的设计解析

基于可手戴RFID标签天线的设计解析

图1 RFID标签天线平面结构

该天线主要由三部分组成,地板,主辐射贴片以及耦合馈电贴片。其中主辐射贴片为两个对称的贴片,两个贴片之间间隔为1mm,贴片的外端由短路片与地板相连。主辐射贴片与地之间采用泡沫层支撑。主辐射贴片上有一对对称的耦合馈电贴片,相距1 mm,标签芯片对耦合馈电片对称馈电,耦合贴片与辐射贴片之间通过容性耦合传递能量。主辐射贴片与耦合贴片之间放置FR4介质板,er=4.4。 通过调节主辐射贴片的长度L1可以调整天线的谐振频率,而天线的输入阻抗由参数W1,Lc调节。本文所设计的天线尺寸如表1所示。

表1 RFID标签天线尺寸参数(单位:mm)

LL1LcW1WHH1

14211330203022.5

3 仿真与测量结果

因为当将天线戴在手腕上时,天线的形状会发生较大的变化,所以天线设计时,除了要考虑天线处于平面结构时的特性外,还需要进一步考虑当天线被戴在手腕上时发生形变后的特性。在仿真研究中,用如图2所示的环形结构来模拟当天线戴在手腕上后的情况。天线在不同形状下的回波损耗如图3所示。

基于可手戴RFID标签天线的设计解析

图2 发生形变后天线的模拟结构图

基于可手戴RFID标签天线的设计解析

图3 回波损耗的仿真结果

由图3中的仿真结果可以看出,当天线发生形变时,会对其阻抗特性产生影响。但可以看到,本文所提出设计的天在,当天线被弯曲成大概呈手腕形状时,仍然可以保持较好的回波损耗特性。天线方向图的仿真结果如图4所示

基于可手戴RFID标签天线的设计解析

图4 天线方向图仿真结果

为了验证设计天线的工作效果,在仿真的基础上,依照表1中所给出的尺寸制作出一个可形变的RFID天线。该天线采用了泡沫双面胶作为辐射贴片与地板之间的支撑,使得天线可以进行弯曲,进而可以戴在手腕上进行测量。图4为所制作的RFID天线照片。

基于可手戴RFID标签天线的设计解析

图5 制作的RFID天线的照片

使用CSL461读卡器对制作的RFID标签天线进行了实验验证,设定读卡器的发射功率为30dBm,读卡器所连接天线增益为6dBi,测量得到当天线保持平面结构,最大的读取距离为2.5m。当天线变形为环形结构并且带在手腕上是,最大读取距离为1.5m。测量结果表明,本文所提出的天线结构可以有效地减小人体对于天线性能的影响,天线在戴在手腕上的情况下,仍然具有可以接受的读取距离,因此可以在手戴的RFID标签中得到应用。另外,由于本文所提出的RFID天线也具有金属地板的结构,因此也具有可以避免金属表面影响的优良特性。

4 结论

本文提出和设计了一种可以适应于手戴应用的RFID标签天线。由仿真结果发现,当所设计的天线发生形变,呈环形时,会对它的阻抗特性产生一定的影响,但是仍然能够较好的与标签芯片的输入阻抗匹配,即具有良好的回波损耗特性。为了验证所设计天线的工作效果,对制作的一加有标签芯片的天线实物进行了实际的测量。测量结果显示,当没有形变时天线可实现的最大读取距离为2.5m。在发生形变,戴于手腕上时,最大的读取距离可以保持在1.5m,仍然保持在可以接受的读取范围内,从实际出发验证了本文所提出的天线结构可以有效地减小人体对于天线性能的影响,可以应用于手戴的RFID标签。

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无人超市,这个在近期渐有赶超“共享单车”的热词,已经成为了大家眼前的一个亮点。阿里巴巴的操盘者马云在...

发表于 2018-04-11 10:30 839次阅读
RFID技术成为无人超市背后的功臣

常用的天线种类介绍 选用无线模块技巧

随着技术的进步,为了节省研发周期,不少厂商都推出各种各样的成品天线。然而如果工程师选择不当,不仅起不...

发表于 2018-04-09 16:47 522次阅读
常用的天线种类介绍 选用无线模块技巧

一文看懂rfid属于物联网哪一层

物联网就是物与物能够联网,并智慧地发挥作用的一个体系;一个云、管(网)、端(物)一体化、云计算技术与...

发表于 2018-04-08 11:27 1356次阅读
一文看懂rfid属于物联网哪一层

rfid系统供应商有哪些_国内十大rfid系统供...

  RFID 是Radio Frequency Identification 的缩写,即射频识别,是...

发表于 2018-04-08 10:31 3307次阅读
rfid系统供应商有哪些_国内十大rfid系统供...

服装生产工位机的RFID标签读取和CAN总线通信...

射频标签采用的是瑞士EM公司提供的非接触式只读RFID芯片H4001,其内部具有64位一次性可编程(...

发表于 2018-04-08 10:31 221次阅读
服装生产工位机的RFID标签读取和CAN总线通信...

一文看懂rfid日常生活应用实例

RFID(射频识别:Radio Frequency Identification)俗称“电子标签”,...

发表于 2018-04-08 10:06 1843次阅读
一文看懂rfid日常生活应用实例

身份证rfid电路图设计应用

本文主要介绍了身份证rfid电路图设计应用。RFID系统由读写器和计算机管理系统组成。其中,读写器具...

发表于 2018-04-08 09:14 310次阅读
身份证rfid电路图设计应用

一文读懂RFID技术在身份证系统中的应用

本文主要介绍了一文读懂RFID技术在身份证系统中的应用。无线射频识别技术(RFID)是一种非接触的自...

发表于 2018-04-08 08:58 350次阅读
一文读懂RFID技术在身份证系统中的应用

天线的演化及物理原理

无天线系统的一个主要优点是整个系统的频率响应是通过匹配网络而非天线结构和几何形状来实现定制的。一个标...

发表于 2018-04-02 17:53 561次阅读
天线的演化及物理原理

用于UHF频段射频识别系统的小型右手圆极化四臂螺...

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RF...

发表于 2018-03-31 11:32 2124次阅读
用于UHF频段射频识别系统的小型右手圆极化四臂螺...

让你的数据传得更远:常见天线的性能与区别

在万物互联的大趋势下,无线通信模块成为了各类电子设备中不可或缺的一部分,而模块的通信质量很大程度上取...

发表于 2018-03-31 09:10 1167次阅读
让你的数据传得更远:常见天线的性能与区别

RFID仓储管理系统——人造木板仓库

一、 背景 传统的仓库管理,一般完全由人工实施仓库内部的管理,因此 木板仓库 管理的效率极其低下。目...

发表于 2018-03-26 15:26 205次阅读
RFID仓储管理系统——人造木板仓库

天线的概念及接收信号的原理

天线作为无线电的发射和接收设备是影响信号强度和质量的重要设备,其在移动通信领域的重要性非常关键。通过...

发表于 2018-03-26 11:02 1039次阅读
天线的概念及接收信号的原理

无天线技术离我们有多远?

几十年来,天线和微波工程这两门学科都有着千丝万缕的联系,却又相当独立。二者都具有高度专业性和复杂度,...

发表于 2018-03-23 14:58 724次阅读
无天线技术离我们有多远?

hfss天线讲义有人需要吗

发表于 2018-03-23 14:04 720次阅读
hfss天线讲义有人需要吗

无线路由器一、二、三根天线有什么区别?

发表于 2018-03-22 13:06 581次阅读
无线路由器一、二、三根天线有什么区别?

基于RFID的汽车智能称重系统自动识别技术

所谓汽车智能称重管理系统即是在原有汽车称重管理系统上附加了利用远距离RFID技术实现的对称重车辆的...

发表于 2018-03-22 10:05 320次阅读
基于RFID的汽车智能称重系统自动识别技术

无线路由天线有什么区别?

为什么这样说?首先,Wi-Fi应用的环境是室内,我们常用的802.11系列协议也是针对这种条件来建立...

发表于 2018-03-22 08:41 605次阅读
无线路由天线有什么区别?

超高频RFID电子标签构成及15个典型应用

作为RFID标签家族的一员超高频电子标签又有着什么样的个性呢?下面我们一起走进超高频电子标签的精彩世...

发表于 2018-03-19 09:51 1929次阅读
超高频RFID电子标签构成及15个典型应用

无线连接技术的发展,促使天线行业的快速成长

终端设备天线具有多样化的应用环境和工艺方案,软板已成为主流工艺。按照在通信网络中的应用,天线可分为网...

发表于 2018-03-19 09:37 1347次阅读
无线连接技术的发展,促使天线行业的快速成长

天线为什么要辐射出各种形式的极化波?

发表于 2018-03-18 17:34 578次阅读
天线为什么要辐射出各种形式的极化波?

RFID射频识别技术详解之RFID系统构架与基本...

RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等...

发表于 2018-03-18 11:49 2802次阅读
RFID射频识别技术详解之RFID系统构架与基本...

2.4G天线如何设计_2.4G天线设计过程详解

天线是无线系统中的关键组件,它负责发送和接收来自空中的电磁辐射。为低成本、消费广的应用设计天线,并将...

发表于 2018-03-17 07:16 1396次阅读
2.4G天线如何设计_2.4G天线设计过程详解

终端天线应用于舞台照明系统

发表于 2018-03-08 08:34 156次阅读
终端天线应用于舞台照明系统