电子产品世界

3 一维Hilbert分形标签天线分析

　　为了提高Hilbert分形结构的RFID标签天线的效率，本文提出了另一种形式的Hilbert标签天线结构，如图5所示。 谐振频率为915MHz的半波振子天线长度2L = 149mm. 取三等分弯折线，各弯折线段长度均为h = 2417mm,在弯折线部分采用Hilbert分形变换，弯折线天线为0阶Hilbert标签天线。

　　用矩量法对一维Hilbert标签天线进行仿真，结果如图6, 7所示，天线参数见表2.

　　图5　一维Hilbert分形标签天线结构

图6　一维Hilbert分形标签天线的方向图仿真结果

图7　一维Hilbert分形标签天线的S11曲线

　　从图6和表2可以看出，一维Hilbert分形标签天线的方向图基本相同，谐振频率随阶数的增加不断下降，但下降幅度逐渐趋缓。 2阶一维Hilbert标签天线的谐振频率下降到半波偶极子天线谐振频率的49. 2%时，其天线效率为62. 91% ,是2阶二维Hil2bert标签天线效率（8. 83% ）的7. 1倍。 这说明了一维Hilbert结构的分形天线在缩减天线尺寸的同时，能够保持标签天线的性能不急剧下降。 经过推算，在915MHz谐振频率下， 2 阶一维Hilbert分形标签天线的两臂长度约为半波振子天线长度的50% ,具有较好的尺寸缩减特性。

　　表2　一维Hilbert分形标签天线参数

4　试验测试

根据前面Hilbert天线的仿真结果，制作了如图8所示的1阶一维Hilbert分形标签天线。

　　图8　1阶一维Hilbert分形标签天线

　　天线两端的直线长度为50mm, Hilbert分形高度为20mm,馈点间距1mm,测得915MHz频率处天线的等效输入阻抗为15 + j245. 采用的标签IC是Atmel公司的ATA5590,芯片IC端口阻抗为12 -j217,符合RFID国际标准EPC Class1 Gen2.

　　使用的阅读器是AW ID公司的MPR23014阅读器，支持EPC Class1 Gen2 标准。 在天线辐射功率4W、中心频率915MHz、标签天线面与阅读器天线面水平的试验条件下，阅读距离为5. 6m. 根据报导，偶极子RFID 标签在RFID 阅读器输出4W射频功率的条件下可以达到7. 2m的识别距离。实验结果显示，本文制作的RFID 标签天线的性能基本达到应用的要求。

　　5 结论

　　Hilbert分形结构天线由于其具有空间填充特性，有利于RFID标签天线的小型化设计。 随着分形阶数的不断增加，与二维Hilbert标签天线相比，一维Hilbert标签天线在具备尺寸缩减特性的同时，有效地保持了天线的效率不急剧下降。 运用一维Hil2bert标签天线，可以实现谐振在915MHz的小型化高效率的RFID标签天线。

关键词： 天线 应用 标签 RFID 分形 结构 Hilbert