前言

　　近年來，在將UHF RFID 技術應用于珠寶、無人零售等領域時，讓讀寫器天線輻射在近場區域，能更有效的保證讀寫的準確率。因此，基于UHF RFID 近場天線的研究越來越多。與 NFC 相比，UHF RFID 近場天線有讀寫速度更快，通信容量更大等優點。根據耦合方式的不一樣，近場天線主要可以分為兩類，即電場耦合、磁場耦合，選擇良好性能的RFID天線至關重要。

　　一、 RFID通道門天線

　　微帶天線最簡單形式是一個單層介質板，兩個金屬面分別印刷在介質基板上下兩個表面，下層導體相當于地板，若上層導體為窄的長條，即為微帶傳輸線，若為各種形狀的貼片(包括方形貼片，圓形貼片等等)，就是如圖所示的微帶天線。傳統微帶天線的主要問題在于帶寬很窄，一般只1%~3%，因此相關的研究主要集中在如何拓展其阻抗帶寬。將微帶天線理解為一個諧振腔，其帶寬和諧振腔的 Q 值成反比，因此可以通過增加微帶天線剖面和減小基板的介電常數來實現，同時也可以對貼片開縫和使用寄生單元等方法，通過多諧振點原理阻抗帶寬。微帶天線的設計預期是，輻射結構可以將電場有效輻射到空間中，饋電結構可以將電場有效束縛在其中，實現高輻射效率，好的定向輻射特性。

　　邊饋微帶天線幾何結構圖

　　實現圓極化，天線必須滿足有兩個幅度相等、相互正交且在相位上相差 90°的電場分布。如果微帶天線在同一頻率下工作于兩個模式，且兩個模式的表面電流幅度相等、相互正交且相位上相差 90°便可以輻射圓極化波。因此，圓極化的實現形式有以下三種：

　　Ø 單點饋電。微帶天線單點饋電實現圓極化的原理是在輻射貼片上加入微擾結構(切角、矩形槽、枝節等)。

　　微帶天線單點饋電實現圓極化

　　Ø 正交雙饋。對微帶天線加入雙端口饋電網絡進行饋電，饋電網絡提供幅度相等、相位差相差 90°的兩個電流信號輸出端口 F1、F2，兩個端口分別接入輻射貼片的正交位置，使得輻射貼片形成了幅度相等、相互正交且相位上相差 90°的兩個表面電流。

　　微帶天線雙點饋電實現圓極化

　　Ø 旋轉饋電。旋轉饋電可以看成是由多個幅度相等、相位相差 90°的線極化微帶天線通過旋轉滿足相互正交性，從而實現了圓極化。

　　微帶天線旋轉饋電實現圓極化

　　通道門天線設計如下圖所示，由于讀寫器帶寬為 11%(860-960MHz)，而常規微帶天線帶寬為 3%，不滿足設計要求，所以選用疊層微帶天線展寬天線帶寬，其結構共分為三層，最底層為地板層;中間層為饋電層，由下層貼片與饋電網絡組成，印刷在 FR4 的介質基板上，饋電網絡由一個一級的威爾金森功分器與兩個一級的 T 型功分器組成，T 型功分器對饋電貼片兩個饋點進行 90°相差饋電，饋電點的位置相互正交;最頂層為上層貼片，粘貼在天線罩上，天線罩采用 ABS 材質。

　　二、 RFID手持機天線

　　為了RFID手持機在服裝門店或者大型倉庫下提高盤點的準確性，需要盡可能的去擴大閱讀的范圍，減少漏讀率，特別是車輛定位系統、倉儲管理系統等，由于標簽擺放方式的不確定性，一般使用圓極化讀寫器天線，采用具有寬波束特性的讀寫器天線。

　　Ø 組合式天線

　　基于場疊加的原理，邊射天線通過加載水平全向輻射的偶極子、環天線來達到展寬波束的效果，比如基于寄生環的寬波束圓極化天線，波束寬度為 140°。天線結構如圖所示，下層為一個微帶天線，上層為印刷在介質基板上的金屬圓環，通過微帶天線邊向輻射場與金屬圓環水平全向輻射場的疊加，展寬了波束。

　　Ø 金屬背腔加載

　　此方法是基于減小天線輻射口徑的原理，天線可以通過開縫、使用高介電常數基板等途徑實現小型化，從而減小了天線的輻射口徑，達到展寬波束的目的。一種寬帶寬波束雙圓極化天線，天線結構如圖所示，整體尺寸大小為 0.84λ×0.84λ×0.38λ ，天線的最大波束寬度達260°。天線由一組相互正交且呈彎曲狀的偶極子組成，較寬的偶極子形式決定了天線具有寬帶性能，底座的 3dB 耦合電橋使天線具有雙圓極化的特性，再經過金屬腔體加載，使天線沿邊射方向輻射，并且展寬了天線的波束寬度。

　　Ø 改變天線地板結構

　　其寬波束方法是將常規的微帶天線裝配三維地結構上，天線波束寬度可以達到 110°，與不裝配三維地結構的微帶天線相比，其圓極化波束寬度展寬30°。并且改變三維地結構的參數，可以使得展寬波束的度數有一定的改變。

　　手持機一般采用金屬腔體對微帶貼片進行部分遮擋的方法(PePA)來對天線進行輻射波束展寬.

　　手持機天線結構如下圖所示，天線由三部分組成，由金屬地板以及印刷在 taconic RF-35 介質上的微帶貼片組成的微帶天線，饋電部分為懸置的微帶線通過探針與天線的輻射貼片相連，側面為折疊的金屬腔體。首先，對微帶天線輻射貼片進行開縫處理，其作用有兩個，一是有效的延伸了電流路徑，從而達到小型化的效果;二是減小輻射口徑，達到展寬波束效果。饋電網絡部分采用 90°相差的等幅雙點饋電，實現了天線良好的寬帶軸比性能。其次，采用將折疊金屬腔結構加載到微帶天線，進一步有效地減小了天線結構尺寸、展寬了輻射波束。

　　三、 總結

　　隨著 5G 時代的到來，物聯網技術必然會被得到廣泛的應用，而射頻識別(RFID)技術作為物聯網中的關鍵技術，與其他識別方式相比具有很多的優點，因此，射頻識別系統在市場中所占的份額越來越大，對天線的設計也提出了更高標準要求，多頻段、小型化、共型等特性。