PCB技術 - 構造が簡単な多規格対応広帯域RFIDタグアンテナ設計

はじめに

RFID（Radio Frequency IdentificaTIon）は、無線無線周波数信号を介してターゲットオブジェクトを自動的に識別し、関連データを取得する非接触型の自動的な無線無線周波数識別技術であり、識別作業は人手による介入を必要とせず、さまざまな劣悪な環境で動作することができます。この技術は1980年代以来急速に発展し、広く応用されており、無線周波数信号を利用して空間結合により無接触情報伝達を実現し、伝達された情報を通じて識別目的を達成する技術です。自動識別とデータ収集技術として、商業、製造業、交通運輸業、物流管理、安全検査、チケット管理、軍事装備などの分野で広く応用され、応用業界は絶えず拡大し、理論は豊富になり、発展と改善され、異なる独立分野に発展しています。多くの企業が無線周波数技術の応用と普及に投入し、運用効率と利益を向上させています。米軍はRFID技術を軍事物流に早くから活用してきた国であり、実戦で注目される軍事効果を得ており、RFID技術は軍事物流サプライチェーンの管理レベルを高め、保障コストを下げ、物流保障能力を強化する重要な技術ツールと手段となってきています。国内RFIDが現在主に使用している周波数帯は125 kHz（低周波）、13.56 MHz（中高周波）、902～928 MHz（超高周波）であり、システムの遠距離、高速度、低コストなどの特性を実現するために、ますます多くの研究機関が超高周波（UHF）REIDシステムの研究を開始しています。

UHF帯電子タグは遠距離、動的に情報を読み取る能力があるため、駐車料金、小売管理、公共交通、自動車安全防犯などの分野で徐々に応用されています。アンテナはRFIDタグシステムの重要なデバイスであり、これはアンテナのサイズがタグの小型化の発展を制約しているためであり、アンテナの広帯域はタグコストの削減に実際的な意義があるからです。低コストでラベル構造を簡素化する必要があるため、ラベルチップとラベルアンテナは一般的に直接接続されており、その間にマッチング回路はありません。これには、電力伝送を実現するために、アンテナのインピーダンス設計がインピーダンスと整合する必要があります。チップのインピーダンスは従来の50Ωと異なり、典型的な値は一般的に実部が小さく、虚部が大きい複素インピーダンスです。このような複素インピーダンスを合わせると、アンテナの帯域幅が狭くなるため、広帯域RFIDタグアンテナは現在の研究のホットスポットと難点となっています。

本研究は2つの変形曲げ双極子アンテナに基づいて、適切な給電構造を導入して同時に給電することにより、アンテナの帯域幅を広げることができます。そして、電磁シミュレーションソフトウェアのシミュレーション分析に基づいて、実物のアンテナを設計し、加工しました。実測結果はシミュレーション結果とよく一致し、この設計の有効性を検証しました。

1アンテナの原理と設計

参考文献によれば、アンテナモデルは寄生ユニットが無限に長い場合、等価回路モデルと等価であることができます。

寄生セルは左ループのL 1、R、Cと等価であり、Rは放射体の自己抵抗と等価です。一方、給電ユニットは右回路と等価であり、L 2は給電ユニットの自己インダクタンスと等価です。給電ユニットの自己インピーダンスは非常に小さいため、等価回路では無視されています。

参考文献の回路解析理論によると、共振状態のインピーダンス実部は相互インダクタンスのみに関係し、虚数部はL 2と相関しています。相互誘導Mは結合距離に関係するため、アンテナインピーダンスの実部は寄生ユニットの給電ユニットからの距離に関係し、虚数部は給電ユニット自体の形状にしか関係しません。したがって、共振点付近での結合荷重はアンテナ実虚部に対して個別に調整する役割を果たすことができることがわかります。

2シミュレーションとテスト結果

このアンテナ構造は矩形給電リングと変型折曲双極子放射体の2つの部分に分けられ、チップは矩形給電リングの開口部に貼り付けて励起し、誘導結合によってエネルギーを放射体に送ります。放射体は、2つの中間部分が結合された変形曲げ双極子で構成されています。この2つの折り曲げ双極子の長さは異なり、完全に等しくはありません。給電を統一することで、2つの比較的近い共振周波数を形成することができ、アンテナの帯域幅を広げることができます。階段状に折り曲げられた双極子は、アンテナ構造がコンパクトになるように、アンテナ全体の長さを短縮することができます。

3結論

本研究では、構造が簡単な多規格対応広帯域RFIDタグアンテナを提案しました。アンテナ構造にわずかに形状の異なる2つの変形曲げ双極子を導入し、統一的に給電することにより、2つの類似した共振点を形成し、アンテナのインピーダンス、特に虚部を840〜956 MHzの範囲内で安定させ、チップインピーダンスと広い周波数帯内で良好な整合を得て、アンテナの帯域幅を広げます。理論解析により、アンテナが共振する場合、アンテナインピーダンスの実虚部は単独で調整できることがわかりました。シミュレーション解析に基づいて、実物のアンテナを加工した。実際の測定結果はシミュレーション結果とよく一致し、このアンテナ設計の有効性を検証しました。

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