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论文研究-一款源于ENG超材料的双频RFID标签天线设计 .pdf 评分

一款源于ENG超材料的双频RFID标签天线设计,张子涛,李莉,本文提出了一款源于ENG超材料的的双频射频识别(RFID)系统标签天线,尺寸为19.2mm×30mm×0.7mm。天线正面采用双枝节弯折偶极子结构,弯�
山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn h a侧面图 b.背面图 70 2 c.正面图 图1设计天线结构图,1为NFRP单元,2为基板,3为弯折偶煅子,4为 Monza4标签芯片4 Fig. 1 The structure of the antenna design, I NFRP element; 2 substrate 3 bending dipole 4Monza 4ta chi 表1天线尺寸参数 Tab. I The size of the antenna 3 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn /mm mm mm /n mm /mm mm 4.5 2.2 mm m mm mm /m nm /mm /mm 24041.6 30 0.7 02 aIm 天线设计过程 图2为天线设计的过程:从图3a可以看到,在谐振频率为915MHL时,天线的输入阻 抗为243-j432.251Ω,实部很小而虚部很大,天线表现出很强的容性,无法与芯片实现良好 的匹配。天线2在天线1的基础上在增加了Z字型源于ENG超材料近场寄生谐振结构,由 图3中可以看出,在谐振频率为915MHz时,天线的输入阻抗为3.1j6.32。天线容性有了 很大的抑制,实部和虚部都有了进一步提高。天线3对寄生结构进行了改进,增加了弯折线 密度,通过对参数进行调节,由图3c可以看出,天线在谐振频率为915MHZ时的输入阻抗 为10.43+j43679,与 Monza4芯片形成良好的匹配。 天线 天线二 天线三 天线六 天线五 天线四 90 图2天线结构设计过程 Fig. 2 The procedure of the design antenna structure 天线4在大线3的基础上调节偶极子枝节,进行弯折,冋时调整谐振结构,可以使人线 尺寸缩小,天线5在天线4的基础上加入并联谐振枝节,并在末端加入圆形结构,通过调节 参数,可以使得天线产生谐振245GHL的频段,从而实现多频化,同时天线在245GHL的 输入阻抗为11.78+j143.89g。但是从图5中可以看出,天线5谐振于245GIZ频段的带宽 较窄,天线6在天线5的基础上改进了枝节末端结构,变为梯形寄生结构并引入U型槽, 4 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 使得大线6在2.45GHZ的带宽进步变宽,大线和大线六带宽变化如图5所示。 e(zin(s? 1400 0.c 2 Freq【GHz 天纔一输入阻抗 500 Im(zin(ol Rezn(g)〗 500 1000 0 req [gHz 大线二输入阻抗 Im【zin(口 Re(zin(@2)) 4000 N 4000 0.8 0.9 1.0 Freq IGHzl 天一输入阻抗 图3大线一到天线三在中心频率为91MHZ阻抗匹配对比 105 Fig 3 Contrast with impedance matching at the center frequency of 915mhzfrom antenna 1 to antenna 3 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn antenna 5 antenna 6 30 30 250 Freq IGHzI 图4天线五和天线六在中心频率245D的S11值 11C Fig 4 Values of Sll of antenna 5 andantenna 6 天线仿真结果 图5为所设计天线在中心频率为915MHZ时的仿真结果,图7为所设计天线的在中心 频率为2.45GL时的仿真结果。从图中可以看出:天线在915MHz附近低频段和245GIlz 附近高频段-3dBS11带宽分别达到150MH7和43MHZ。可以覆盖大部分国家和地区对RFID 115 系统的带宽要求。从所设计天线在915MHz和245GHz频点处的辐射方向图显示,天线在 两个频点上都取得了较好的方向性:相比主极化分量,交叉极化分量幅度很小,在E面方 向图呈“8”字形,H面方向图呈现全向性。天线在工作频段的增益在低频段和高频段分别在 1.67dBi-2.3ldBi,2.05dBi-2.52dBi之间上下波动,增益曲线稳定。 dB(S11) 30 Freq(GHEl a,天宪在91511忻真参 数图 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn Im(zin(n)) (2in( 2) 000 b天线在91显mzn仿真参 数图 coss polarization 330 16 08 0270 08 120 16 150 C915 MHZ XoY(H面) cross plana 330 co salariat 70 d915MHy〔E面 7 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 3.5 3.0 20 1.D D.5 9 Freq [GHz] e915MHZ增益曲线 图5所设计天线的在中心频率为915MHZ时的仿真结果 Fig 5 Simulation results of thc dcsigned antenna at thc ccnter frcqucncy of 915Mhz B911 30 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 Freq GHZ a.天线在245GHZS11 仿真参数图 e(zinco)) m(zinin) Freq [GHzp b.天线在2.45HZin仿真参数 图 8 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 0 cross polarizatio 30 -270 2 210 3 C2.45 GHZ YOZ(H面) cross polarization 30 300 270 21U 50 d.245 GHZ XoY(E面 3.0 IS 242 244 q IGHzl e2.45G形增益曲线 图6所设计天线的在中心频率为2.45GHZ时的仿真结果 Fig 6 Simulation results of the designed antenna at the center frequency of 2. 45GHz 结论 本文给出了一款应用于RFID系统的双频标签天线的改计过程,该天线采用多枝节偶极 子结构实现双频特性,双频段的RFID标签人线增加了应用的灵活性,可以降低系统融合和 9 国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 集成的难度,同时,可以适用于多个国家的频段要求 本文通过对超材料应用于天线的匹配原理进行分析,引入源于ENG超材料近场寄生元 件-弯折线结构。通过对参数的调节,天线在915M1Z和245GILZ处均与 Monza4芯片实现 良好的阻抗匹配。带宽满足RFID系统要求,同时具有较为理想的方向性 140 参考文献 [1]张敏. UHF RFID标签天线的设计与研宄.南京邮电人学,2016 [2] Perret E, Perret E Antenna Design for UHF RFID Tags[M/ Radio Frequency Identification and Sensors. John Wiley sons, InC. 2014: 21-60 [3]祁超RFID射频识别技术及其频率划分印电信快报,2010(3:14-16 145 [4] Ziolkowski, R W., Allison, D. K(2003). Application of Double negative materials to increase the power radiated by electrically small antennas. Student member IEee [5 Veselago, V. G. The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of and (in Russian). Soviet Physics Usp. vol 10, no 4, 1968, pp: 509-514 [6] Kaur P, Aggarwal S K, Dc A Dcsign and analysis of subwavelength RMPA using doublc folded I shaped ENG 150 metamaterial[C]iIEEE International Conference on Power Electronics, Intelligent Control and Energy Systems IEEE.2017:1-4 [7 Tang M C, Ziolkowski R W. Efficient, electrically small metamaterial-inspired antennas with high directivity[C]/ International Symposium on Antennas and Propagation. IEEE, 2017 8] Alu A, Engheta N, Erentok A, et al. Single-Negative, Double-Negative, and Low-index Metamaterials and 155 their Electromagnetic Applications J. IEEE Antennas Propagation Magazine, 2007, 49(1): 23-36 [9] A. Ercntok and R.w. Ziolkowski, Mctamatcrial-inspircd cfficicnt clcctrically small antennas[J]. IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, 2008, 56(3): 691-707. 郭世宇,华伟,崔琳.具有多阻带特性的超宽带天线研究与设计η.现代电子技术,2015(9):68-69 [11]童芸,张杰,李春晓,等.宽带U型槽矩形贴片微带天线设计J.微波学报,2008,24(4):41-44 160 21蔡立绍.小型化陷波超宽带天线矿究与设计[D.厦门大学,2011 10

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