金属表面UHF RFID标签天线设计

表1中数据显示标签在45 mm×45 mm的金属表面工作(相当于标签天线单独工作)时，天线增益较低，只有0.27 dBi。随着金属表面面积的增加，天线的增益也会有所增强，但天线的增益也并不是无限增大的。测试中发现，在金属表面面积增加到一定大小时，天线的辐射方向会发生畸变，使得垂直于辐射面的辐射场减弱，此时天线的增益会有所下降。

3.3 介质厚度对天线带宽的影响

标签天线的带宽也是衡量天线性能的一个重要指标，频带越宽，天线的效率越高。通过调整介质层的高度h可以有效地改善天线的带宽，当介质层的高度增加时，会使天线的带宽变宽，天线的效率提高，但增加天线的高度会使天线的体积增加，也破坏了天线的低剖面特性，综合以上结论在设计中取h=5 mm。通过仿真分析，在介质高度为h=5 mm时，天线的反射系数在-10 dB以下的带宽为30 MHz(910～940 MHz)，该天线具有良好的频带特性。

3.4 介质材料对天线的影响

设计中分析了两种常用介质对天线增益的影响，如图5所示为电子标签贴在FR-4(εr=4.4，h=5 mm)上的方向图，金属反射面的大小为400 mm×400 mm，此时天线的增益为2.27 dBi。在垂直天线辐射面的方向，增益最大，图6为标签贴在泡沫介质(εr=1.1，h=5 mm)上的方向图，天线的最大增益为3.92 dBi，但天线的最大增益方向为偏离垂直天线辐射面45°的方向。

4 实物测试

为验证以上设计，本文做了实物模型，并进行了相关的性能测试。如图7所示，使用铜皮纸所蚀刻的平面天线，粘贴于泡沫介质上。标签芯片使用NXP半导体公司的SL3ICS1202G2XL芯片，该芯片的阻抗为24-j195 Ω，测试将标签贴于25 cm×25 cm的金属平板中央，如图8所示，使用MR6021型号阅读器1 W的发射功率及6 dBi圆极化天线对标签进行了识读。实测识别距离大于4 m。

5 结语

金属物体对超高频电子标签的干扰一直是RFID领域的一个难题，本文结合PIFA天线的基本理论以及现有的标签技术，设计了一款UHF抗金属标签天线，天线采用的印刷结构使得生产工艺简化，生产成本低廉。通过对天线大量的仿真和实测，论证了该天线具有高增益、远距离等特点，是一款能够真正应用于金属表面的标签天线。