金屬表面超高頻RFID印刷標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)

3 理論分析與仿真
標(biāo)簽天線貼于介質(zhì)表面時(shí)等效為PIFA結(jié)構(gòu)，所以該標(biāo)簽天線也滿(mǎn)足λ／4諧振條件，其諧振頻率fr主要與貼片的長(zhǎng)度l和寬度w有關(guān)。它們之間的關(guān)系可近似表示為：fr=c／[4(l+w)]，其中c表示光速。
3．1 天線的阻抗分析
常用標(biāo)簽的芯片阻抗通常不是標(biāo)準(zhǔn)的50 Ω，芯片阻抗一般呈容性，為實(shí)現(xiàn)芯片與天線的阻抗匹配，通過(guò)射頻仿真軟件HFSS對(duì)天線進(jìn)行了優(yōu)化。設(shè)計(jì)中采用的標(biāo)簽芯片阻抗為24-j195 Ω，所以需要匹配的天線的目標(biāo)阻抗應(yīng)為24+j195 Ω。天線的阻抗匹配可以通過(guò)調(diào)整天線的開(kāi)槽長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖4所示為開(kāi)槽長(zhǎng)度w1對(duì)天線阻抗的影響。

通過(guò)對(duì)天線阻抗特性進(jìn)行參數(shù)掃描分析可知，w1的變化對(duì)天線的阻抗影響較大，當(dāng)開(kāi)槽長(zhǎng)度w134 mm時(shí)，阻抗變化比較平緩，整個(gè)天線呈感性；當(dāng)開(kāi)槽長(zhǎng)度繼續(xù)增加時(shí)，天線的實(shí)部阻抗會(huì)急劇增加，天線表現(xiàn)為容性。通過(guò)仿真分析發(fā)現(xiàn)，在開(kāi)槽長(zhǎng)度w1=31mm時(shí)，阻抗為11+j19 4Ω，此時(shí)與標(biāo)簽芯片的阻抗?jié)M足共軛匹配。
3．2 金屬面大小對(duì)天線的影響
由于電子標(biāo)簽貼附在有限的金屬接地面上，在研究天線的電特性參數(shù)時(shí)還要考慮接地面的大小對(duì)天線實(shí)際增益的影響，表1列出了電子標(biāo)簽分別位于金屬表面面積為45 mm×45 mm，100 mm×100 mm，200 mm×200 mm，400 mm×400 mm天線的增益變化情況。

表1中數(shù)據(jù)顯示標(biāo)簽在45 mm×45 mm的金屬表面工作(相當(dāng)于標(biāo)簽天線單獨(dú)工作)時(shí)，天線增益較低，只有0．27 dBi。隨著金屬表面面積的增加，天線的增益也會(huì)有所增強(qiáng)，但天線的增益也并不是無(wú)限增大的。測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，在金屬表面面積增加到一定大小時(shí)，天線的輻射方向會(huì)發(fā)生畸變，使得垂直于輻射面的輻射場(chǎng)減弱，此時(shí)天線的增益會(huì)有所下降。