Hilbert分形結構在RFID標簽天線中的應用

3 一維Hilbert分形標簽天線分析

　　為了提高Hilbert分形結構的RFID標簽天線的效率，本文提出了另一種形式的Hilbert標簽天線結構，如圖5所示。 諧振頻率為915MHz的半波振子天線長度2L = 149mm. 取三等分彎折線，各彎折線段長度均為h = 2417mm,在彎折線部分采用Hilbert分形變換，彎折線天線為0階Hilbert標簽天線。

　　用矩量法對一維Hilbert標簽天線進行仿真，結果如圖6, 7所示，天線參數見表2.

　　圖5　一維Hilbert分形標簽天線結構

圖6　一維Hilbert分形標簽天線的方向圖仿真結果

圖7　一維Hilbert分形標簽天線的S11曲線

　　從圖6和表2可以看出，一維Hilbert分形標簽天線的方向圖基本相同，諧振頻率隨階數的增加不斷下降，但下降幅度逐漸趨緩。 2階一維Hilbert標簽天線的諧振頻率下降到半波偶極子天線諧振頻率的49. 2%時，其天線效率為62. 91% ,是2階二維Hil2bert標簽天線效率（8. 83% ）的7. 1倍。 這說明了一維Hilbert結構的分形天線在縮減天線尺寸的同時，能夠保持標簽天線的性能不急劇下降。 經過推算，在915MHz諧振頻率下， 2 階一維Hilbert分形標簽天線的兩臂長度約為半波振子天線長度的50% ,具有較好的尺寸縮減特性。

　　表2　一維Hilbert分形標簽天線參數

4　試驗測試

根據前面Hilbert天線的仿真結果，制作了如圖8所示的1階一維Hilbert分形標簽天線。

　　圖8　1階一維Hilbert分形標簽天線

　　天線兩端的直線長度為50mm, Hilbert分形高度為20mm,饋點間距1mm,測得915MHz頻率處天線的等效輸入阻抗為15 + j245. 采用的標簽IC是Atmel公司的ATA5590,芯片IC端口阻抗為12 -j217,符合RFID國際標準EPC Class1 Gen2.

　　使用的閱讀器是AW ID公司的MPR23014閱讀器，支持EPC Class1 Gen2 標準。 在天線輻射功率4W、中心頻率915MHz、標簽天線面與閱讀器天線面水平的試驗條件下，閱讀距離為5. 6m. 根據報導，偶極子RFID 標簽在RFID 閱讀器輸出4W射頻功率的條件下可以達到7. 2m的識別距離。實驗結果顯示，本文制作的RFID 標簽天線的性能基本達到應用的要求。

　　5 結論

　　Hilbert分形結構天線由于其具有空間填充特性，有利于RFID標簽天線的小型化設計。 隨著分形階數的不斷增加，與二維Hilbert標簽天線相比，一維Hilbert標簽天線在具備尺寸縮減特性的同時，有效地保持了天線的效率不急劇下降。 運用一維Hil2bert標簽天線，可以實現諧振在915MHz的小型化高效率的RFID標簽天線。