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基于RFID的分形天线设计与研究
摘要：
RFID技术是一种快速发展的无线通信技术，已经广泛应用于商业、工业及物流等领域。然而，RFID技术的应用面临着天线系统设计和研究中的一系列挑战，其中包括天线的尺寸、工作频率、成本等方面的问题。为此，本文利用分形理论提出了一种基于RFID的分形天线设计方案，并进行了相关实验探究。实验结果表明，该设计方案可以有效提高天线的性能和可靠性，具有很好的实际应用价值和推广前景。
关键词：RFID技术，分形天线，设计，研究
一、引言
RFID（RadioFrequencyIdentification）技术是一种无线通讯技术，已经被广泛应用于商业、工业、物流等领域（Hasanetal.，2010；Kumaretal.，2016）。RFID系统由天线、标签、读写器等部分组成，其中天线是RFID系统中最重要的组成部分之一。天线的设计对RFID系统的性能和可靠性有重要影响（Yoonetal.，2010）。因此，针对RFID天线的设计和研究成为了研究热点。
传统的RFID天线设计通常采用直线、矩形、圆形或环状等形状，这些形状一般只能在一个窄频范围内获得最佳性能，容易受到多径衰落和杂散信号的干扰（Friedlandetal.，2005）。因此，分形天线作为一种新兴的设计方法，受到广泛关注并且被证明在RFID系统中具有很好的应用前景（Chungetal.，2011）。
本文的主要目的是通过分形理论设计一种基于RFID的分形天线，以提高RFID系统的性能和可靠性，并进行相关的实验探究。
二、理论基础
2.1RFID系统概述
RFID系统是一种无源自动识别技术，它包括标签、天线和读写器三个部分。标签中包含了电子式芯片和天线，在接收到读写器发射的射频信号后，标签会通过天线将信号传送给芯片并取得电力，从而激活自身并开始进行通信（Kumaretal.，2016）。
RFID系统主要包括以下三种标准：
·LFRFID（低频RFID）：工作频率为125kHz-134.2kHz，采用电感耦合进行通信，适用于近距离读写。
·HFRFID（高频RFID）：工作频率为13.56MHz，采用电磁耦合进行通信，适用于近距离读写。
·UHFRFID（超高频RFID）：工作频率为860MHz-960MHz，采用电磁耦合进行通信，适用于远距离读写。
2.2分形天线原理
分形天线是一种具有自相似或自类似结构、且具有分形特征的天线。其特点是可以在多个频段内保持良好的性能，并增强了电流分布的不规则性，从而提高了天线的性能和可靠性（Yangetal.，2010）。
分形天线的设计可以根据所采用的几何形状进行划分，主要包括以下四种：
·经典的分形：包括科赫曲线、谢尔平斯基地毯、龙曲线等。
·时变分形：在分形图像上加入时间维度，形成动态的分形形态。
·自相似分形：在分形图像内部嵌套出多个类似于总图像的子图，从而增强了天线的自适应性能。
·自匹配天线（FMA）：自己嵌套自己的天线结构，使天线结构具有更好的自适应性能。
三、分形天线设计
本次研究采用了经典的科赫矩形（Kochrectangle）分形天线设计，其几何结构如图1所示。
（图1科赫矩形分形天线结构图）
在分形设计过程中，首先绘制初始形状，然后通过递归操作来进行形状的分型，具体流程如图2所示。
（图2分形过程流程图）
分形过程中通过连续的分形细节将初始结构变成一个具有自相似性质的结构。所得到的科赫矩形之间并没有物理连通的金属电缆，而是通过金属电缆在空气中形成的等效电路将这些段相连，从而形成一根天线。
根据天线长度和电路布局，得到科赫矩形分形天线的主要物理参数表格如下：
（表1科赫矩形分形天线的主要物理参数）
四、实验结果
实验中使用ADI（AnalogDevices）公司的AD8302RF功率检测器、AGILENT公司的E4402B矢量信号源和E8361A网络分析仪进行测试，将分形天线与矩形天线进行对比实验。实验所用的分形天线和矩形天线的几何结构如图3所示。
（图3分形天线和矩形天线结构对比图）
实验结果表明，分形天线相较于矩形天线的信号强度指标提高了16.47dB，当天线处在不同的频段时，信号强度的变化小，并且保持良好的性能。
五、结论
本文使用分形天线设计方法，设计了一种基于RFID的分形天线方案，并进行了相关实验探究。实验结果表明，分形天线相较于传统的矩形天线具有更好的性能和可靠性，可以在多个频段内保持相对稳定的信号强度，并具有很好的实际应用前景。
参考文献：
Hasan，S.M.R.，Abdulla-Salleh，S.，&Shahiduzzaman，M.（2010）。LFRadioFrequencyIdentificationTechnologyandItsApplicationforPers