Hilbert分形结构RFID天线谐振研究及HFSS仿真

Hilbert分形天线是分形天线的一种。本文介绍了使用近似平行传输线的电感分析的方法,推算Hilbert分形天线的谐振频率,并利用Ansoft公司的HFSS软件进行仿真验证。

http://www.360docs.net/doc/info-bed5d17b1711cc7931b716c0.html

Hilbert分形结构RFID天线谐振研究及HFSS仿真

陈晓峰

北京邮电大学电信工程学院,北京(100876)

E-mail:moringwind@http://www.360docs.net/doc/info-bed5d17b1711cc7931b716c0.html

摘要:Hilbert分形天线是分形天线的一种。本文介绍了使用近似平行传输线的电感分析的方法,推算Hilbert分形天线的谐振频率,并利用Ansoft公司的HFSS软件进行仿真验证。关键词:Hilbert分形天线,谐振频率,电感,HFSS

中图分类号:TN8

1.引言

射频识别(RFID)技术在物流和供应管理、文档追踪/图书馆管理、动物身份标识、门禁控制/电子门票以及道路自动收费等诸多应用中发挥了越来越重要的作用,日益受到关注,并得到迅速发展. 典型的RFID系统由阅读器和标签两部分组成, 对于读写器部分,天线和读写器采取分离式结构,并通过阻抗匹配的同轴电缆连接到一起,由于结构、安装和使用环境等变化多样,并且读写器产品朝着小型化、多频点化发展,天线设计面临新的挑战。

近几年开始使用分形天线作为RFID读写器天线,本文对分形天线的谐振频率进行仿真运算。分形理论由美国科学家B.B.Manderblot在1975年提出,由此建立了不同于传统欧氏几何的分形几何,对之前一些无法解释了几何学难题(如Koch曲线长度)成功进行了分析和计算[1]。上世纪九十年代开始人们开始将分形几何应用于天线单元的设计。将标准的振子天线和环天线通过分形的方式弯曲,虽然总长度不变, 然而其所占用的面积却大大缩小了。由于具有分形结构的物体一般都有比例自相似性和空间填充性的特点,应用到天线设计上可以实现天线多频段特性和尺寸缩减特性.

分形天线主要有Sierpinski垫圈、Koch 曲线、分形树、Hilbert 曲线、环形振子等几种形态,其中Sierpinski垫圈、Koch 曲线单极子等分形结构的天线国内外已有人做了大量研究工作[2],证实了这两种结构的分形结构的天线具有良好的尺寸缩减特性,可以在有限的空间内大幅度提高天线效率,并提供一定的多频点特性了。

Hilbert分形结构RFID天线谐振研究及HFSS仿真

图1:Sierpinski垫圈、Koch分形、树状分形、Hilbert分形

本文主要分析一、二、三阶Hilbert分形结构的RFID读写器天线,以2阶Hilbert分形结构为例使用近似平行传输线的电感分析的方法分析其谐振频率,得到谐振频率近似计算公式并验证了多频点的特性,使用Ansoft公司仿真软件HFSS对其进行仿真,并对相同尺寸的各阶分形标签天线分别比较了其谐振频率、天线效率及方向图随分形阶数的变化关系. 仿真结果表明之前近似分析的方法能相对比较准确的得出Hilbert分形标签天线在尺寸确定时的谐振频率,并可以看到3阶.

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