紙基RFID包裝箱標(biāo)簽天線設(shè)計

同樣的，假設(shè)包裝箱壁厚度為1 mm，εr = 3. 3，d = 200 mm，以h和介電常數(shù)ε′r為參數(shù)，用IE3D工具仿真在915MHz頻段上物品介電常數(shù)對新RFID標(biāo)簽天線（Ⅱ）電阻和電抗的影響，如圖10和圖11所示。

圖10ε′r對標(biāo)簽天線（Ⅱ）電阻R天線Ⅱ的影響

圖11ε′r對標(biāo)簽天線（Ⅱ）電抗X天線Ⅱ的影響

從圖10和圖11中可以看出，空氣層和金屬層面積擴(kuò)大一倍后，天線的電阻變化曲線明顯得到改善，當(dāng)h≥2 mm時，新標(biāo)簽（Ⅱ）天線阻抗的電阻和電抗變化曲線平緩，波動范圍不超過5%.由此可見，標(biāo)簽天線（Ⅱ）的阻抗只與天線的結(jié)構(gòu)和空氣層厚度有關(guān)，包裝箱內(nèi)的物品種類對其影響不大。采用RFID標(biāo)簽（Ⅱ）結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)與包裝箱內(nèi)物品種類無關(guān)的通用“RFID包裝箱”。

3 實物測試與結(jié)果

根據(jù)上述仿真結(jié)果，采用標(biāo)準(zhǔn)白卡紙（εr =215） ，電鍍鋁箔成型制作了h = 2 mm的RFID標(biāo)簽（Ⅰ）和（Ⅱ）兩種標(biāo)簽天線結(jié)構(gòu)，如圖12所示。

圖12 RFID標(biāo)簽天線實物

選擇箱壁厚度為1 mm，εr = 2. 2， d = 175 mm的包裝箱作為測試環(huán)境，待測標(biāo)簽天線內(nèi)附在包裝箱壁，在包裝箱內(nèi)均勻填充空氣（介電常數(shù)為1） ，復(fù)印紙（介電常數(shù)為2. 5） ， PET塑料（介電常數(shù)為4. 2）和食鹽（介電常數(shù)為6. 2） ，使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Agilent 8753ET測試在上述介電常數(shù)的物質(zhì)填充情況下，在915MHz頻段上圖12中的RFID標(biāo)簽天線的阻抗測量值，如表1和表2所示。

由表1和表2可以看出，在不同介電常數(shù)的物品影響下， RFID標(biāo)簽天線（Ⅰ）和標(biāo)簽天線（Ⅱ）的阻抗測量值均保持不變。其中， RFID標(biāo)簽（Ⅱ）天線電阻和電抗始終保持在20Ω和800Ω左右，基本接近常用的RFID標(biāo)簽芯片阻抗目標(biāo)，具有很高的應(yīng)用價值。

4 結(jié)束語

本文通過仿真手段模擬包裝箱內(nèi)的介質(zhì)環(huán)境，研究了介質(zhì)環(huán)境對附著在包裝箱內(nèi)壁的RFID標(biāo)簽天線的影響。仿真結(jié)果表明紙基包裝箱壁和包裝箱內(nèi)的物品是影響RFID標(biāo)簽天線的兩大主要因素，需要根據(jù)特定的包裝箱和所包裝的物品訂制RFID標(biāo)簽天線。包裝箱內(nèi)物品的容積和等效介電常數(shù)對RFID標(biāo)簽天線的阻抗有非常大的影響。為了減少RFID標(biāo)簽天線的設(shè)計工作量，本文設(shè)計并改進(jìn)了一種懸置微帶多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的RFID標(biāo)簽天線，通過增加空氣層和金屬層隔離了包裝箱內(nèi)物品對RFID標(biāo)簽天線的影響，并最終通過實際制作和測試，證實了上述RFID標(biāo)簽結(jié)構(gòu)的可行性，使得“通用型”RFID包裝箱成為可能，具有廣泛的應(yīng)用前景。