CN102831314A - 一种弯折线偶极子rfid标签天线优化设计方法 - Google Patents
一种弯折线偶极子rfid标签天线优化设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102831314A CN102831314A CN201210302173XA CN201210302173A CN102831314A CN 102831314 A CN102831314 A CN 102831314A CN 201210302173X A CN201210302173X A CN 201210302173XA CN 201210302173 A CN201210302173 A CN 201210302173A CN 102831314 A CN102831314 A CN 102831314A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- antenna
- bending
- folding line
- value
- meander
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
本发明涉及一种弯折线偶极子RFID标签天线优化设计方法,由于弯折线偶极子天线中决定天线形状的参数主要包括弯折数,以及每一个弯折对应的宽度和高度,而天线形状的变化又会引起天线性能的变化,因此本发明利用HS算法对这几个参数进行优化,并以天线所达到的阻抗和理想值之间的匹配程度作为目标函数,并以目标函数作为性能优劣的评判标准,得出最终的天线结构尺寸参数,即性能最佳的天线弯折数以及每一个弯折对应的宽度和高度。本发明的方法避免了人工经验设计带来的不确定性。并且HS算法以随机搜索为基础,不需要目标函数的梯度信息,计算简单,收敛速度快和稳定,具有良好全局优化能力。
Description
技术领域
本发明属于射频识别技术领域,具体涉及一种弯折线偶极子RFID标签天线优化设计方法。
背景技术
射频识别(Radio Frequency IDentification,RFID)技术是利用电磁感应或微波能量进行非接触的双向通信的自动识别技术。RFID标签依靠反射调制无线电波与阅读器通信,标签天线结构对其性能有至关重要的影响。目前常用的天线结构设计方法主要有两种:一种是完全凭借经验进行设计改进,该方法对于设计者的先验知识依赖性比较强,往往需要花费大量的精力;另一种常用的方法是利用电磁仿真软件进行设计或是优化选型,这种方法比较适合于高频天线的设计,而对于超高频天线的设计,往往存在稳定性不高的问题,而对此进行改进也是通过试凑的方式进行,这将极大降低用户的工作效率。综合以上两种方法,归结的主要问题是缺乏对于天线设计的严格数学模型,无法为天线设计提供严密的理论指导。
偶极子天线作为一种超高频天线,由于其辐射能力好、结构简单、效率高的优点,可以设计成适用于全方位通信的RFID 系统,被广泛应用于RFID 标签天线的设计,尤其是在远距离RFID 系统中。更为重要的是目前对于偶极子天线的理论分析较多,这为偶极子天线的设计奠定了较好的理论基础。但是由于偶极子天线仅由处于同一直线上的两段粗细和等长均相同的直导线构成,结构过于简单,往往局限了其设计的灵活性。于是外型结构较之偶极子天线稍为复杂的弯折线偶极子天线成为RFID标签天线小型化的一种理想选择。目前对于弯折线偶极子天线的设计研究主要集中在天线的几何结构对天线性能的影响上,并已建立天线几何结构到天线性能表征的数学模型,但是由于建立的数学模型较为复杂,对于如何优化设计并得到具体天线设计结构方面目前并没有给出具体步骤。
和声搜索(Harmony Search, HS)是由Z.W.Geem等人在2001年提出的一种元启发式寻优算法,算法通过模拟乐队调音直到实现完美和声的过程,并由此引申出解决一般优化问题的寻优策略,由于其良好的全局寻优能力而逐渐被应用于解决结构优化设计和参数寻优问题。因此,本发明将HS算法应用到弯折线偶极子天线的优化设计中。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足,提出了一种弯折线偶极子RFID标签天线优化设计方法。由于弯折线偶极子天线中决定天线形状的参数主要包括弯折数,以及每一个弯折对应的宽度和高度,而天线形状的变化又会引起天线性能的变化,因此本发明利用HS算法对这几个参数进行优化,并以天线所达到的阻抗和理想值之间的匹配程度作为目标函数,并以目标函数作为性能优劣的评判标准,得出最终的天线结构尺寸参数,即性能最佳的天线弯折数以及每一个弯折对应的宽度和高度。
本发明解决上述技术问题所采取的方法是:一种弯折线偶极子RFID标签天线优化设计方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S01:用s表示弯折线偶极子天线中的弯折数,并对s取一个初始整数值;
步骤S02:对具有s个弯折数的弯折线偶极子天线,每个弯折分别对应一个高度和一个宽度尺寸,则对这2s个天线尺寸参数利用HS进行优化,其中HS算法是一种元启发式寻优算法,该HS算法具体步骤如下:
(1) 参数初始化:初始化HS算法中如下参数:和声记忆库容量HMS、记忆库取值概率HMCR、音调调节概率PAR、音调调节范围bw、迭代次数NI;
(5) 检查结束条件:检查是否满足结束条件,若不满足结束条件则转回步骤(3),若满足结束条件则输出最优解;
步骤S03:通过步骤S02中HS算法优化得到对应于具有s个弯折数的弯折线偶极子天线的最优尺寸参数,也就是每一个弯折对应的高度和宽度尺寸值,记录该最优尺寸参数及其对应的弯折数s值;
步骤S04:修改弯折数s,使得s=s+t,其中t表示每次修改的步长大小,并判断修改后的弯折数s有没有超过设定值,如果没有超过设定值,则转到步骤S02;如果超过设定值,则将在步骤S03中记录下来的不同弯折数s所对应的最优尺寸进行比较,并选择其中适应度值最优的尺寸参数及其对应的弯折数s作为最终的弯折线偶极子天线设计结构参数,从而完成设计。
本发明与现有技术相比具有如下优点:本发明采用HS算法对弯折线偶极子天线进行优化设计,避免了人工经验设计带来的不确定性。并且HS算法以随机搜索为基础,不需要目标函数的梯度信息,计算简单,收敛速度快和稳定,具有良好全局优化能力。同时由于弯折线偶极子天线结构较为简单,理论分析较为容易,具有较好的理论知识支撑,因此基于本发明很容易实现对于设计的改进优化,对于设计效率的提高具有重要意义。
附图说明
图1是弯折线偶极子天线结构图;
图2是本发明实施例一种弯折线偶极子RFID标签天线优化设计流程图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术方案和特点,以下结合说明书附图对本发明的实施方式作进一步的描述。弯折线偶极子天线设计的目的是为了匹配给定芯片的阻抗值,实施例以天线输入阻抗15 + j130欧姆为例进行说明,图1所示为弯折线偶极子天线的结构图,其中A为芯片位置,两边为对称结构,B1为弯折线,B2为直导线,可以看出两者方向互为垂直关系。如果将天线看成是由若干平行双弯折线及直导线构成,则可以通过计算天线电感值,间接求解MLDA的谐振频率,天线中每一个弯折的高度和宽度分别用和表示,,其中n表示天线中总的弯折数,这里天线采用窄金属带,并且其宽度用表示,用表示RFID标签天线匹配阻抗的虚部(这里为+130)。
其中为天线的结构参数,分别表示s个弯折对应的高度和宽度尺寸,考虑到直接利用式(4)计算天线的结构参数较为困难,因此本发明将弯折线偶极子天线中的弯折数以及每一个弯折对应的高度和宽度尺寸做为天线设计的结构参数,并采用HS算法寻找最优结构参数使得式(4)达到最小。
本发明的总体流程图如图2所示,具体实施步骤是:
步骤01初始化HS算法参数。初始化和声记忆库容量(HMS)、记忆库取值概率(HMCR)、音调调节概率(PAR)、音调调节范围(bw)、迭代次数(NI);
步骤03初始化群体,即生成和声记忆库。和声记忆库中保存的是弯折线偶极子天线结构设计中的较优候选解,即可能为最优设计的多组弯折高度和宽度尺寸参数,每一个较优候选解的维数为2s,分别对应s个弯折的宽度可高度尺寸,即存在2s维候选解向量, ,。初始化过程可描述为,和分别表示向量的最小和最大取值范围,表示的是生成0到1之间的随机数,即初始化为每一维向量取值范围内的随机值;
步骤06更新和声记忆库。若存在新解适应度值要优于和声库中候选解的适应度值,则用新解替代库中适应度最差的解,也就是将原先设计最差的天线结构参数替换;
步骤07检查当前迭代次数是否已达到NI次。若没达到则转回步骤04,否则对当前和声记忆库中的较优候选解按适应度值进行排序,并保存适应度最优的解,该最优解表示弯折线偶极子天线中弯折数为s时所得到的最优结构设计参数,即包括弯折数s,以及这s个弯折数对应每一个弯折数的高度和宽度尺寸;
步骤08改变弯折数s,得到一个新的弯折数s=s+1,即在原来基础上增加一个弯折数,并判断s是否已经达到最大设计要求,若不满足则转到步骤03,否则输出步骤07中得到的每个弯折数s对应的,并比较里面最优的适应度值对应的弯折数s,以及结构参数。从而完成对于弯折线偶极子天线中结构参数的设计。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (2)
1.一种弯折线偶极子RFID标签天线优化设计方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S01:用s表示弯折线偶极子天线中的弯折数,并对s取一个初始整数值;
步骤S02:对具有s个弯折数的弯折线偶极子天线,每个弯折分别对应一个高度和一个宽度尺寸,则对这2s个天线尺寸参数利用HS进行优化,其中HS算法是一种元启发式寻优算法,该HS算法具体步骤如下:
(1) 参数初始化:初始化HS算法中如下参数:和声记忆库容量HMS、记忆库取值概率HMCR、音调调节概率PAR、音调调节范围bw、迭代次数NI;
(5) 检查结束条件:检查是否满足结束条件,若不满足结束条件则转回步骤(3),若满足结束条件则输出最优解;
步骤S03:通过步骤S02中HS算法优化得到对应于具有s个弯折数的弯折线偶极子天线的最优尺寸参数,也就是每一个弯折对应的高度和宽度尺寸值,记录该最优尺寸参数及其对应的弯折数s值;
步骤S04:修改弯折数s,使得s=s+t,其中t表示每次修改的步长大小,并判断修改后的弯折数s有没有超过设定值,如果没有超过设定值,则转到步骤S02;如果超过设定值,则将在步骤S03中记录下来的不同弯折数s所对应的最优尺寸进行比较,并选择其中适应度值最优的尺寸参数及其对应的弯折数s作为最终的弯折线偶极子天线设计结构参数,从而完成设计。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210302173.XA CN102831314B (zh) | 2012-08-23 | 2012-08-23 | 一种弯折线偶极子rfid标签天线优化设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210302173.XA CN102831314B (zh) | 2012-08-23 | 2012-08-23 | 一种弯折线偶极子rfid标签天线优化设计方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102831314A true CN102831314A (zh) | 2012-12-19 |
CN102831314B CN102831314B (zh) | 2015-05-27 |
Family
ID=47334447
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210302173.XA Active CN102831314B (zh) | 2012-08-23 | 2012-08-23 | 一种弯折线偶极子rfid标签天线优化设计方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102831314B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107153800A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-09-12 | 天津工业大学 | 一种基于改进鸡群算法的超高频射频识别定位系统的阅读器天线优化部署方案 |
CN110598815A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-20 | 西南科技大学 | 一种基于uhf无源rfid的金属结构健康检测方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105809344A (zh) * | 2016-03-07 | 2016-07-27 | 浙江财经大学 | 一种基于超启发式算法的零空闲流水车间作业调度方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100156737A1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-06-24 | Ajou University Industry Cooperation Foundation | Broadband U-shaped RFID tag antenna with near-isotropic characteristics |
CN102156761A (zh) * | 2010-12-01 | 2011-08-17 | 北京邮电大学 | 一种微波射频器件快速仿真与优化方法 |
-
2012
- 2012-08-23 CN CN201210302173.XA patent/CN102831314B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100156737A1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-06-24 | Ajou University Industry Cooperation Foundation | Broadband U-shaped RFID tag antenna with near-isotropic characteristics |
CN102156761A (zh) * | 2010-12-01 | 2011-08-17 | 北京邮电大学 | 一种微波射频器件快速仿真与优化方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
喻良等: "基于和声搜索的配水系统优化设计研究", 《给水排水》 * |
林剑等: "基于全局和声搜索优化的平版印刷油墨预置", 《仪器仪表学报》 * |
胡中皓等: "弯折线偶极子射频识别标签天线设计方法研究", 《计算机仿真》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107153800A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-09-12 | 天津工业大学 | 一种基于改进鸡群算法的超高频射频识别定位系统的阅读器天线优化部署方案 |
CN110598815A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-20 | 西南科技大学 | 一种基于uhf无源rfid的金属结构健康检测方法 |
CN110598815B (zh) * | 2019-09-17 | 2022-03-25 | 西南科技大学 | 一种基于uhf无源rfid的金属结构健康检测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102831314B (zh) | 2015-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9010648B2 (en) | Antenna and RFID tag | |
CN103811864B (zh) | 一种金属边框双频耦合天线 | |
Lim et al. | Design of a closely spaced, folded Yagi antenna | |
CN105514599A (zh) | 一种超高频电子标签天线 | |
CN102831314A (zh) | 一种弯折线偶极子rfid标签天线优化设计方法 | |
CN104241829A (zh) | 一种应用于密集布放场景下的rfid标签及其互阻设计方法 | |
US11031824B2 (en) | Apparatus and method for RF energy harvesting | |
US20190326785A1 (en) | Rf-to-dc converter | |
CN101950854B (zh) | 一种电子标签天线 | |
Choi et al. | Design of modified folded dipole antenna for UHF RFID tag | |
CN203813024U (zh) | Uhf rfid电子标签天线 | |
Comisso | Theoretical and numerical analysis of the resonant behaviour of the Minkowski fractal dipole antenna | |
Yeung et al. | A trapeizform U-slot folded patch feed antenna design optimized with jumping genes evolutionary algorithm | |
Deng et al. | An RFID multicriteria coarse-and fine-space tag antenna design | |
Hu et al. | Design and analysis of UHF tag antenna structure | |
Eteng et al. | Geometrical enhancement of planar loop antennas for inductive near-field data links | |
US20200195059A1 (en) | Rf power harvester | |
JP2017142731A (ja) | アンテナ設計用コンピュータプログラム、アンテナ設計装置及びアンテナ設計方法 | |
Nguyen et al. | Novel design of RFID UHF passive tag for wideband applications by direct and contactless chip connection | |
CN109820569B (zh) | 一种具有电子标签的手术剪 | |
Keyrouz et al. | Novel analytical procedures for folded strip dipole antennas | |
JP5720800B2 (ja) | アンテナ装置 | |
CN202948467U (zh) | 一种频率可调谐射频识别标签 | |
CN202178383U (zh) | 一种小型全向电子标签天线 | |
CN112789765B (zh) | 根据基本元件的库构建符合规范的多频带天线布置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: Jinshan Development Zone of Cangshan District of Fuzhou City, Fujian province 350007 Gold Road No. 136 Applicant after: Hongbo Co., Ltd. Address before: Jinshan Development Zone of Cangshan District of Fuzhou City, Fujian province 350007 Gold Road No. 136 Applicant before: Fujian Hongbo Printing Co.,Ltd. |
|
COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: FUJIAN HONGBO PRINTING CO., LTD. TO: HONGBO CO., LTD. |
|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |