纸基RFID包装箱标签天线设计

同样的，假设包装箱壁厚度为1 mm，εr = 3. 3，d = 200 mm，以h和介电常数ε′r为参数，用IE3D工具仿真在915MHz频段上物品介电常数对新RFID标签天线（Ⅱ）电阻和电抗的影响，如图10和图11所示。

图10ε′r对标签天线（Ⅱ）电阻R天线Ⅱ的影响

图11ε′r对标签天线（Ⅱ）电抗X天线Ⅱ的影响

从图10和图11中可以看出，空气层和金属层面积扩大一倍后，天线的电阻变化曲线明显得到改善，当h≥2 mm时，新标签（Ⅱ）天线阻抗的电阻和电抗变化曲线平缓，波动范围不超过5%.由此可见，标签天线（Ⅱ）的阻抗只与天线的结构和空气层厚度有关，包装箱内的物品种类对其影响不大。采用RFID标签（Ⅱ）结构，可以实现与包装箱内物品种类无关的通用“RFID包装箱”。

3 实物测试与结果

根据上述仿真结果，采用标准白卡纸（εr =215） ，电镀铝箔成型制作了h = 2 mm的RFID标签（Ⅰ）和（Ⅱ）两种标签天线结构，如图12所示。

图12 RFID标签天线实物

选择箱壁厚度为1 mm，εr = 2. 2， d = 175 mm的包装箱作为测试环境，待测标签天线内附在包装箱壁，在包装箱内均匀填充空气（介电常数为1） ，复印纸（介电常数为2. 5） ， PET塑料（介电常数为4. 2）和食盐（介电常数为6. 2） ，使用矢量网络分析仪Agilent 8753ET测试在上述介电常数的物质填充情况下，在915MHz频段上图12中的RFID标签天线的阻抗测量值，如表1和表2所示。

由表1和表2可以看出，在不同介电常数的物品影响下， RFID标签天线（Ⅰ）和标签天线（Ⅱ）的阻抗测量值均保持不变。其中， RFID标签（Ⅱ）天线电阻和电抗始终保持在20Ω和800Ω左右，基本接近常用的RFID标签芯片阻抗目标，具有很高的应用价值。

4 结束语

本文通过仿真手段模拟包装箱内的介质环境，研究了介质环境对附着在包装箱内壁的RFID标签天线的影响。仿真结果表明纸基包装箱壁和包装箱内的物品是影响RFID标签天线的两大主要因素，需要根据特定的包装箱和所包装的物品订制RFID标签天线。包装箱内物品的容积和等效介电常数对RFID标签天线的阻抗有非常大的影响。为了减少RFID标签天线的设计工作量，本文设计并改进了一种悬置微带多层介质结构的RFID标签天线，通过增加空气层和金属层隔离了包装箱内物品对RFID标签天线的影响，并最终通过实际制作和测试，证实了上述RFID标签结构的可行性，使得“通用型”RFID包装箱成为可能，具有广泛的应用前景。