Patch Antennas with T-Match, Inductively Coupled Loop and Nested-slots Layouts for Passive UHF-RFID Tags

Abstract

Метою статті є вивчення можливостей технології RFID (Radio Frequency Identification), а особливо пасивних тегів UHF-RFID (Ultra-high frequency RFID) за допомогою моделювання. У роботі пропонуються три патч-антени з різними методами узгодження пасивних тегів UHF-RFID. T-подібна схема, індуктивно зв'язаний контур та макети вкладених слотів використовуються для складного узгодження імпедансів між опорами антен та мікросхеми, обраною на частоті 915 МГц з високою продуктивністю. Антени друкуються на підкладці Rogers RT/duroid 5880 з відносною діелектричною проникністю 2,2 та товщиною 1,575 мм. Дослідження демонструють, що індуктивно зв'язаний контур і методи узгодження вкладених слотів є гарними кандидатами для адаптації імпедансу антени до імпедансу мікросхеми, тоді як адаптація в T-подібній схемі передбачає використання лише для дипольних антен. Ми досягли адаптації 99,90 %, дуже широкої смуги пропускання 409,6 МГц, широкої асиметричної діаграми спрямованості в площині E, дальності зчитування 21,19 м і коефіцієнта підсилення антени 4,17 дБ за допомогою техніки узгодження індуктивно зв'язаного контуру, в той час як за допомогою методу узгодження вкладених слотів ми отримали адаптацію 99,94 %, напрямлену антену, дальність зчитування 19,83 м і коефіцієнт підсилення 3,59 дБ.

The objective of this article is to study the performance of the RFID (Radio Frequency Identification) technology and especially the passive UHF RFID (Ultra High Frequency RFID) tags by mean of simulation. In this paper, three patch antennas with different matching techniques for passive UHF-RFID tags are proposed. T-Match, inductively coupled loop and nested-slots layouts are adopted in order to achieve complex impedance matching between the antennas impedance and the chip selected at 915 MHz with high performance. The antennas are printed on a Rogers RT/duroid 5880 substrate with a relative permittivity of 2.2 and thickness of 1.575 mm. Studies demonstrate that the inductively coupled loop and the nested-slots matching techniques are the good candidates to adapt the antenna impedance to chip impedance, while adaptation in T is intended to be only used for dipole antennas. We have achieved an adaptation of 99.90 %, a very wide bandwidth of 409.6 MHz, a broadside an asymmetrical radiation pattern in the E-plane, a read range of 21.19 m and an antenna gain of 4.17 dB with the inductively coupled loop matching technique, while with the nested-slots matching method, we have acquired an adaptation of 99.94 %, a directive antenna, a read range of 19.83 m and a gain of 3.59 dB.