射频识别系统微带蝙蝠翼天线设计

　　摘要：天线设计及制造技术是RFID的核心关键技术之一，天线性能直接决定了RFID系统的识别距离和范围。本文针对RFID系统对天线的要求，将微带天线与蝙蝠翼天线相结合，创造性地设计出新型的微带蝙蝠翼天线，用矩量法对所设计的天线进行仿真分析;用腐蚀工艺制版法制作天线样品，并对天线的性能进行测试。仿真和测试结果都显示该款天线兼具蝙蝠翼天线宽频带、高辐射强度的特性及微带天线尺寸小、低剖面的特点，是一款性能优异的RFID系统天线。

　　射频识别(RFID)技术是20世纪90年代开始兴起的一种用射频通信实现的非接触式自动识别技术。射频识别系列产业将成为一个新兴的高技术产业群，成为国民经济新的增长点，对提升社会信息化水平、促进经济可持续发展、提高人民生活质量、增强公共安全与国防安全等方面都将产生深远的影响，并具有重大的战略性意义。

　　天线是一种将无线电收发信机的射频功率信号以电磁波的形式接收或辐射出去的器件，天线的性能对整个RFID系统的性能具有决定的影响，因此天线的设计制造在RFID系统设计中具有举足轻重的地位。

　　微带天线简介

　　微带天线是一种随现代通信发展的要求而发展起来的典型的低剖面、平板结构的天线。在20世纪50年代，G.A.Deschamps教授就己经提出了微带天线的概念。1972年，由于微波集成技术的发展和空间技术对低剖面天线的迫切需求，R.E.Munson和J.Q.Howell等学者制成了第一批实用的微带天线。随后，微带天线的发展日新月异，已经广泛应用于航空、航天、通信等领域。微带天线具有一系列常规天线不可比拟的突出优点，例如重量轻、体积小、成本低、制造简单、平面结构、可以和集成电路兼容、易于实现线极化或圆极化等。美中不足的是，微带天线主要是一种谐振式天线，相对频带较窄，一般的单层矩形微带贴片天线的带宽只有2%-5%左右，频带窄的缺点一直严重地限制着微带天线的应用。因此，需要运用一定的技术对微带天线加以改进，以达到展宽其工作频带的目的。

　　蝙蝠翼天线简介

　　蝙蝠翼天线是一种在无线通信中采用比较广泛的一种天线，是一种由半波振子天线逐渐演变而来的多振子复合天线[5]。蝙蝠翼天线具有增益高、频带宽、功率容量大、输入阻抗小且易于匹配、安装调试方便、机械强度大、风阻小且造型美观等优点，广泛应用于无线收发系统。传统的蝙蝠翼天线为全金属结构，体积较大，无法放进RFID系统终端里。要将高性能的蝙蝠翼天线应用于RFID系统，就必须解决蝙蝠翼天线的小型化问题。

　　微带蝙蝠翼天线的结构设计

　　为了解决微带天线的宽频带工作问题和蝙蝠翼天线的小型化问题，我们将微带天线和蝙蝠翼天线相结合，设计了一款微带蝙蝠翼天线，它可以同时获得两种天线的优异性能。

　　对于现代RFID系统，最具有应用前景的工作频段为868~870MHz和902~928MHz。我们计划设计一款微带蝙蝠翼天线来覆盖以上两个频段。在设计中，我们使用FR4介质板。介质板厚度为h=2.0mm，相对介电常数ε_r=4.0，天线尺寸为41mm×23mm。

　　我们设计的微带蝙蝠翼天线结构如图1所示。