基于領(lǐng)帶結(jié)Sierpinski分形結(jié)構(gòu)的RFID標簽天線

1 引 言

　　射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)是興起于上世紀90年代的一項自動識別技術(shù) ]。該技術(shù)利用無線射頻方式進行雙向通信，并在一定工作距離內(nèi)達到識別目標與數(shù)據(jù)交換的目的。同其他的磁卡、IC卡等識別技術(shù)相比，射頻識別技術(shù)最大的優(yōu)勢在于他是以非接觸的方式進行工作，可以稱之為第三代的自動識別技術(shù)。

從系統(tǒng)的工作頻率上，RFID系統(tǒng)可以劃分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波等頻段。其中，低頻與高頻的RFID系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于門鎖、智能卡、圖書館等眾多的領(lǐng)域，其技術(shù)也已相對成熟。而對于超高頻的RFID系統(tǒng)，由于其閱讀距離更遠、讀取速度更快、并具有多目標快速識別等優(yōu)勢，已受到更加廣泛的關(guān)注。近年來，隨著超高頻RFID技術(shù)在眾多場合— — 物流和供應(yīng)管理、生產(chǎn)制造和裝配、行李／1t$包追蹤、圖書管理、身份證識別、運動計時、門禁系統(tǒng)、高速公路自動收費等的成功試點，已顯示其廣闊的應(yīng)用前景。

　　一個射頻識別系統(tǒng)由兩部分組成：讀寫器和電子標簽。其中天線在讀寫器和電子標簽中都擔(dān)當(dāng)了重要的角色。他被用來發(fā)射和接收信號，并擔(dān)負著向電子標簽芯片中耦合能量的重要任務(wù)。所以，電子標簽天線設(shè)計的好壞直接影響了電子標簽的識別距離，并決定了整個系統(tǒng)的識別率。而對于電子標簽天線方面的研究，卻很少見諸報導(dǎo)。RFID系統(tǒng)中，由于電子標簽需要附著在被識別和物體上，作為被識別物體的身份象征，并由于被識別物體的多樣性，因而，人們對電子標簽的天線提出了很高的要求，主要體現(xiàn)在電子標簽的寬頻帶范圍更廣、天線的體積更小、便于安裝和攜帶，同時也要求天線具有很高的效率。天線的設(shè)計很大程度上依賴于天線的工作頻率，然而也有許多類型的天線具有很寬的工作帶寬，如螺旋天線、對數(shù)周期天線、喇叭天線等，這些天線從某種意義上講具有分形理論中所講的自相似性，分形幾何的自相似性與天線工作頻率的對應(yīng)關(guān)系對天線的設(shè)計而言具有重要的意義 。

　　針對這些需求，本文介紹了基于領(lǐng)帶結(jié)SierpinskiGasket分形結(jié)構(gòu)的標簽天線，并對不同分形維數(shù)的標簽天線分別比較了其諧振頻率、S 等特性，從中選出了適合于RFID系統(tǒng)所使用的標簽天線，并分析了其端口特性與分形自相似結(jié)構(gòu)間的對應(yīng)關(guān)系。

  文中將Sierpinski分形天線與領(lǐng)帶結(jié)天線相結(jié)合，提出了一種領(lǐng)帶結(jié)型的Sierpinski分形電子標簽天線，從仿真結(jié)果可看出，由于分形結(jié)構(gòu)的自相似性，高階結(jié)構(gòu)的Si—erpinski領(lǐng)帶結(jié)型天線顯示了多頻段的工作特性。同時，由于其結(jié)構(gòu)簡單而且適合于印刷加工，因而這種天線形式特別適合于作為RFID系統(tǒng)中的電子標簽天線。

2 Sierpinski分形天線特性

　　Sierpinski三角形分形結(jié)構(gòu)是從一個等邊三角形中反復(fù)依次去掉一個反向的等邊三角形構(gòu)造出來的，如圖1所示，Sierpinski三角形分形結(jié)構(gòu)的分形維數(shù)為：D— log 3／log 2— 1．58

圖1 O～4階Sierpinski三角形分形結(jié)構(gòu)