关键词:
圆极化天线
射频识别
可重构天线
宽带
摘要:
射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是一种非接触式自动识别技术,它通过无线射频信号识别目标对象并获取相关数据。目前,随着RFID技术的迅猛发展以及为了适应不同的RFID频段,宽频带、可重构、多频段以及圆极化特性的天线逐渐成为研究的焦点。在无线通信系统中,天线的性能直接决定了整个通信系统的质量。因此对天线的稳定性和抗干扰能力提出了更高的标准。宽带圆极化天线和可重构天线因其在提高接收灵敏度、增强通信信道容量、减少多径效应干扰等方面的明显优势,已经在RFID系统被广泛采用。本文从实现圆极化理论基础和实现方法入手,对应用于射频识别的小型化宽带圆极化天线展开研究,主要包括以下工作内容:
(1)双频宽带圆极化天线设计。设计了一种紧凑的用作于射频识别(RFID)阅读器的双频宽带圆极化天线。天线由弯折处理的矩形贴片、L形贴片和三角形地板构成,通过微带线进行馈电。两个辐射贴片分别独立控制高低两个频段,其轴比带宽也可独立调整,测试结果表明在超高频(UHF)频段该天线实现了49%(0.77~1.27 GHz)的阻抗带宽和46%(0.84~1.34 GHz)的轴比带宽,在无线局域网(WLAN)频段实现了47.5%(1.54~2.50 GHz)的阻抗带宽和24.2%(1.96~2.50 GHz)的轴比带宽,可以完整覆盖UHF和WLAN两个频段,具有良好的辐射特性。
(2)超表面极化可重构天线设计。设计了一款超表面天线单元,并将其组成了4×4的超表面层。随后,设计了缝隙天线,并通过对缝隙天线和极化原理的分析,将其与超表面结合,完成了极化可重构天线的设计。结果表明,在机械旋转超表面层时,当天线处于右旋圆极化状态时,阻抗带宽为2.30GHz至3.45GHz,轴比带宽为2.30GHz至2.72GHz。当天线处于线极化状态时,其工作频段为2.26GHz至3.52GHz。而当天线处于左旋圆极化状态时,阻抗带宽为2.32GHz至3.38GHz,轴比带宽为2.28GHz至2.60GHz。在工作频段内,具有良好的辐射特性。以上数据表明所设计的超表面极化可重构天线可以实现极化可重构功能,具有重要的应用价值。
(3)基于二极管的频率可重构天线。利用开口缝隙和蜿蜒的微带馈线实现了圆极化,且两个工作频点都是独立可调整,通过调整开口缝隙的长度,使得天线在所需的频段发生谐振。对缝隙进行折叠处理可以实现尺寸的小型化。二极管的闭合与断开,可以实现天线在WLAN/UHF频段间切换,从而实现天线的频率可重构特性。当天线开关接通时,阻抗带宽为0.77GHz至1.09GHz,轴比带宽为0.81GHz至1.11GHz。而当开关断开时,阻抗带宽为2.25GHz至2.87GHz,轴比带宽为2.37GHz至2.73GHz。此设计不仅实现了小型化和结构简单,同时可以完全覆盖UHF的通用频段和WLAN频段。
本文提出的三种圆极化天线,为应用于射频识别领域的小型化宽带圆极化天线设计提供了更多思路,具有一定的参考价值。