一种UHF频段高极化隔离度双极化RFID读写器天线设计

　　1 引言

　　近年来，随着RFID（射频识别）技术快速发展，该技术已广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪和资产管理等应用领域。当前，各国使用的频段各不相同，在北美和南美，无源RFID频段为902MHz到928MHz。许多工作者在缝隙耦合、高隔离度和双极化等方面做了很多研究工作，比如提出了一种使用缝隙耦合的微带天线，并得到了双极化和二端口间的高隔离度，不过它的工作频率是5.8GHz。提到的天线，虽然结构简单，中心工作频率在 911MHz，但它的阻抗带宽相对较窄。也有在865MHz到928MHz这样宽频带工作的RFID天线，不过该天线只适合用作标签天线。

　　对于微带天线，相比于其他馈电机制，缝隙耦合具有更好的设计灵活性。双极化工作的微带天线也非常适合于RFID应用。因此，在本文中，我们提出了一种适合于北美和南美RFID应用的双极化缝隙耦合的微带天线。该微带天线得到了较高的隔离度；天线的增益大约为7.5dBi；带宽在VSWR=1.5时已经覆盖了902MHz-928MHz频段。

　　2 天线设计

　　本文主要设计了一个缝隙耦合的微带天线。天线分为三层：顶层是介质层，介质层上是辐射贴片；中间一层是空气层；底层也是介质层，介质层上是接地层，介质层下是馈电。它们的参数设置如下：介质层厚度都为1.6mm；它们的相对介电常数都为4.4；为了增加天线的带宽，这里选择空气层的厚度为25mm。天线的侧视图如图1所示。

　　图1 天线的侧视图

　　本设计采用单贴片，为了使天线谐振在915MHz，长方形贴片的长度选择为113mm，宽度选择为108mm。辐射贴片如图2中的虚线框所示。

　　该天线的馈电方式采用缝隙耦合。在接地层中挖出两个H形的缝隙。H形缝隙的宽度都相同（H形边臂和中间臂宽度分别为1mm和0.5mm）；缝隙边臂和中间臂的长度和宽度如图2所示（单位都为mm）。以辐射贴片的中心线确定一坐标（x轴和y轴），则从图中可以看出，H形缝隙是关于y轴对称的；H形缝隙与x轴的相对位置也在图2中标出。利用缝隙耦合，在端口1和端口2之间可以得到很高的隔离度。

　　图2 天线的辐射贴片和耦合缝隙图

　　在天线的底层下是馈电层，在本设计中馈电层是由50om的微带线组成，微带线的宽度为3.1mm。馈电层的俯视图如图3所示。图中的t1=8.05mm，t2=11.95mm。

　　图3 天线的馈电