本节描述了建立在厚度大于2mm的低成本基底上的改进RFID贴片天线的两种拓扑结构。

第一种天线利用一对U形槽（见图2.65）来激发两个相邻的带有相似辐射特性的谐振模式彼此接近，从而生成一种宽带贴片天线。矩形贴片尺寸为40mm×86mm，并打印在一个2mm厚的RF4基板（ε_r=4.4）上。微带馈送线被嵌入到贴片中来降低输入阻抗。馈送线分为嵌入反馈线（长度为8mm）和短截线，在它们之间有微芯片附着。短截线通过一个通孔与地短路。贴片上刻有一对U形槽，该U形槽靠近并且平行于贴片的非辐射边缘。通过嵌入U形槽，在TM₁₀模式和TM₂₀模式之间，形成一种新的谐振模式。

天线和微芯片在TM₁₀模式的频率之间的阻抗匹配可以通过调整嵌入长度（L_inset）以及微芯片和通孔之间的距离（L_s）来调节。另一方面，在新的谐振模式频率下，阻抗匹配可以通过调节槽臂长（L_arm）、槽宽（d）以及槽和贴片边缘之间的距离（d_w）进行调整。随着槽臂长度的增加，新的谐振模式频率降低到TM₁₀模式的谐振频率。随着槽宽和槽与贴片边缘之间的距离的减小，新的谐振模式的谐振阻抗幅值降低。微芯片的阻抗在866.5MHz时为13.1-j64Ω，在915MHz时为13.5-j60Ω。当芯片尺寸选定为L_inset=38mm、L_s=17mm、L_arm=9.5mm、d=0.6mm和d_w=1mm时，芯片的阻抗确定，新的谐振模式在TM₁₀模式附近激发，并且具有良好的阻抗匹配。这样，天线可以应用在宽带上。

图2.65 具有一对U形槽的双频带天线几何尺寸图

图2.66显示了具有不同臂长天线的仿真阻抗。注意到，频率f₁是在TM₁₀模式下，f₂是在由TM₁₀和TM₂₀模式之间在U形槽激发的新的谐振模式下。随着臂长的增加，f₂迅速减小至f₁，而f₁则被影响。当臂长合适时，f₂的谐振模式可以在足够接近的频率处被激发，以形成一个宽的工作带宽的频率。

图2.66 具有一对不同臂长U形槽的双波段天线的模拟阻抗

为了覆盖全带宽内的超高频RFID的全部工作频率范围（860～960MHz），L_arm定为9.5mm。图2.67a显示了原型天线的输入阻抗的仿真与实测数据。特定微芯片的共轭输入阻抗也在图中被标示出来。天线的输入电阻和电抗随着微芯片输入阻抗的共轭值在f₁到f₂频率范围内变化。图2.67b描绘了天线的回波损耗。天线半功率带宽（RL=-3dB）的测量值是133MHz，其在842～978MHz之间变化，并覆盖了超高频RFID全带宽。

图2.67 a）阻抗的测量与仿真 b）L_arm=9.5mm的双频段天线的回波损耗

由Rao[RAQ 08]提出并成功地商业化的替代拓扑结构是一种具有偏移共面锥形反馈和由外矩形环（见图2.68）形成的虚拟接地短路的贴片结构。这个标签可以被用来识别和追踪货物、物品，各种生产、供应链或资产管理方案，包括单品级应用。(www.daowen.com)

图2.68 金属标签天线（顶层天线嵌体）

它表明需要采用两个谐振频率（被定义为由复数共轭匹配于芯片阻抗）以保证宽带性能。外矩形环结构的长度和宽度决定了谐振频率的下限，而内辐射体长度则决定了谐振频率的上限。连接了两个结构的锥形线为RFID芯片提供了复阻抗匹配。

此外，我们还设计了相对灵活的天线嵌体以便它可以被放置在一个较长的电介质片顶端来组成一个具有较大覆盖范围的标签或覆盖在镶着一小块相同电介质的小标签的周围。天线嵌体是在铜上蚀刻2mil（1mil=25.4×10^-6m）的柔性聚酯基片，并且放置在顶部或覆盖上一块稍长于电介质本身、具有导电材料底层的聚碳酸酯塑料，如图2.69所示

最后的标签天线和RFID芯片被集成，并且封装在内部坚固的塑料包装物内，能够承受极端的温度和暴露在有害环境中，如图2.70所示。考虑到塑料包的影响，天线的设计被略微修改。最大标签尺寸为15.5cm×3.2cm×1cm，最小标签尺寸为7.9cm×3.1cm×1cm。图2.71呈现了在塑料和金属的自由空间（12in×12in）下实验和理论的读取范围（视轴方向）。把两个谐振分开使这个标签具有更多带宽是以牺牲范围为代价的（权衡带宽与范围的取舍）。如果希望在更窄的频带内有更高的标签范围，可以通过谐振很容易地实现。

图2.69 a）大的标签的横截面 b）小的标签的横截面

图2.70 a）大的金属支架UHFRFID标签 b）小的金属支架UHFRFID标签

两个版本（大的和小的）的标签都是基于相同的天线嵌体，并从整体上提供对25ft（1ft=0.3048m）和10ft的金属的最小可读范围。这两种标签包括金属在内的各种材料，均可以在UHFRFID全带宽范围频段（860～960MHz）内可靠地工作。