面向RFID應(yīng)用的2.4GHz微帶天線的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　引言

　　RFID技術(shù)利用無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，可達(dá)到識(shí)別并交換數(shù)據(jù)的目的。與磁卡和IC卡等接觸式識(shí)別技術(shù)不同，RFID系統(tǒng)的電子標(biāo)簽和讀寫器之間無(wú)需物理接觸就可完成識(shí)別，屬于非接觸識(shí)別。RFID技術(shù)具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它可更廣泛地應(yīng)用于交通運(yùn)輸、醫(yī)療和防偽等領(lǐng)域中[1]。

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，鐵道部已投入大量資金用于建立全路車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的工程建設(shè)中，目標(biāo)是在所有機(jī)車上安裝電子標(biāo)簽，在所有區(qū)段站、編組站、大型貨運(yùn)站安置地面讀寫裝置，對(duì)運(yùn)行的列車以及車輛信息進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別。鐵路射頻車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)已經(jīng)成為鐵路信息化建設(shè)的一個(gè)重要組成部分。TKCG-08RFID列車自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)正是在這一背景下進(jìn)行研發(fā)的，它利用微波射頻通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了列車車號(hào)的自動(dòng)識(shí)別。其數(shù)據(jù)通信方案如圖1所示。

　　數(shù)據(jù)傳輸是RFID系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。射頻信號(hào)通過(guò)閱讀器天線和標(biāo)簽天線的空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，因此，天線在整個(gè)RFID系統(tǒng)中扮演著重要角色，一方面天線的好壞決定了系統(tǒng)的通信質(zhì)量，另一方面天線決定了系統(tǒng)的通信距離。

　　根據(jù)工作頻段不同，在RFID產(chǎn)品中使用不同類型的天線，可選擇的天線種類很多。在選擇的時(shí)候，天線大小、成本、性能都是非常重要的因素。三種最常見的短距天線設(shè)備是PCB微帶天線、芯片天線和有一個(gè)連接器的鞭狀天線[2]。TKCG-08地鐵列車識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用主要是將閱讀器安裝在線路軌道中間，射頻卡安裝在車體下部中央相應(yīng)的位置，如圖2所示。當(dāng)列車以一定速度通過(guò)閱讀器時(shí)，閱讀器識(shí)別出射頻卡相應(yīng)的卡號(hào)，進(jìn)而得到列車車號(hào)信息。由于射頻卡體積有限，而且需要控制成本，微帶天線具有低成本、高性能、小尺寸等優(yōu)勢(shì)，因此選擇微帶天線作為本系統(tǒng)使用的天線形式。

　　微帶天線

　　微帶天線是在帶有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基片上貼加導(dǎo)體薄片而形成的天線。它利用微帶線、同軸線等饋線饋電，在導(dǎo)體貼片與接地板之間激勵(lì)起射頻電磁場(chǎng)，并通過(guò)貼片四周與接地板間的縫隙向外輻射，因此微帶天線可看作是一種縫隙天線，如圖3所示。和常用的微波天線相比，它有如下一些優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、成本低，饋電網(wǎng)絡(luò)可與天線結(jié)構(gòu)一起制成，適用于用印刷電路技術(shù)大批量生產(chǎn)，能與有源器件和電路集成為單一的模件，容易獲得圓極化，容易實(shí)現(xiàn)雙頻、多頻段工作等[3]。

　　根據(jù)天線輻射特性的需要，可以設(shè)計(jì)貼片導(dǎo)體為各種形狀。通常貼片天線的輻射導(dǎo)體與金屬底板距離為幾十分之一波長(zhǎng)。假設(shè)輻射電場(chǎng)沿導(dǎo)體的橫向與縱向兩個(gè)方向沒有變化，僅沿約為半波長(zhǎng)的導(dǎo)體長(zhǎng)度方向變化，則微帶貼片天線的輻射基本上是由貼片導(dǎo)體開路邊沿的邊緣場(chǎng)引起的，輻射方向基本確定。