基于铁氧体基板的UHF RFID阅读器终端的可调谐型圆极化天线

　　射频识别（RFID）技术是从第二次世界大战开始发展起来的，其主要是采用射频电磁波读取粘贴在目标体上的标签以识别和跟踪目标体。近年来RFID技术己广泛应用于物流链管理、电子支付以及贵重货物的溯源等领域。特别是近几年发展较快的物联网技术：一种通过无线网络唯一识别目标体的贯穿于人们生活方方面面的新型网络技术。在RFID发展过程中，工作在超高频（UHF）频率的无源RFID系统由于在阅读距离和快速阅读量之间存在良好的平衡关系而受到广泛关注和研究。但是，世界范围内针对UHFRFID阅读器技术的频率标准却不尽相同。世界范围内主要的UHF RFID工作频率标准，由此可知，不同国家和地区之间存在较大的差别。其总的频率范围为840 MHz-960 MHz，但是针对每个国家的标准，其工作带宽一般小于5 MHz r美洲除外）。因此，针对不同国家和地区的应用标准，一般需要设计工作在不同频段的各种阅读器天线。此外，微带天线由于具有质量轻、易共形、加工成本低等优点而广泛应用于UHF RFID阅读器天线的设计，但是常规微带天线的工作带宽较窄，不能有效地覆盖世界范围内的工作频段。因此，设计实现一种可覆盖世畀范围内的UHF RFID标准的微带天线具有重要研究意义。

　　另一方面，由于粘贴在目标体上的标签天线为线极化天线，且安装位置和方向任意，因此需要阅读器天线具有圆极化特性，才能保证正常的通信和跟踪溯源。基于上述限制，研究者提出了几种可覆盖世界范围内的微带圆极化天线设计方法，其具体实现途径是采用层叠的圆极化微带天线以及以空气作为介质基底以增加其工作带宽。这类实现方法的缺点是空间尺寸大、馈电网络复杂等。

　　铁氧体材料作为一种有源可控制介质基底，己广泛应用于设计微波圆极化天线㈣一例，带阻滤波器，以及近年来提出的人工介质材料。铁氧体材料在外加直流偏置磁场作用下其磁导率为各向异性，且能通过调节外加偏置场强度控制磁导率特性。因此，可以将铁氧体材料作为UHF RFID阅读器天线的介质基底，实现频率可调谐的天线设计。同时，基于铁氧体的微带天线在没有微扰或者复杂相移馈电网络的情况下即可自然的圆极化辐射特性，其左旋／右旋极化状态可通过偏置场的方向改变。因此，基于铁氧体的圆极化微带天线具有结构简单，频率控调谐等独特优点。本文将首先简要分析铁氧体在外加偏置场作用下的磁导率张量形式，以及其实现圆极化辐射的基本原理；然后设计出能覆盖世界范围内UHF RFID标准的小型化圆极化微带天线结构，并分析其阻抗带宽、辐射性能和频率可调谐特性等。