一種適用于UHF頻段RFID 近場天線的阻抗測量方法

　　引言

　　超高頻（UHF）頻段的射頻識別（RFID）近場讀寫器天線（NFRA）由于其在單品識別方面應用的潛力[1]，對環(huán)境的不敏感性和比HF 天線更高的讀寫速度，正引起多方面的關(guān)注。UHF 頻段的 NFRA 通常采用帶有平衡端口的電大環(huán)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。

　　對于 NFRA 來說，良好的匹配網(wǎng)絡(luò)是至關(guān)重要的[2,3]。通常UHF 頻段的NFRA 天線都被設(shè)計成安裝在金屬腔體里來減小環(huán)境對天線性能的影響，如圖1 所示。但是由于金屬腔體的存在，天線的阻抗會隨頻率的變化而劇烈變化，這將導致在仿真軟件中得到的阻抗值不夠精確，在此不精確的阻抗基礎(chǔ)上很難設(shè)計出性能良好的匹配網(wǎng)絡(luò)。通常，我們將NFRA 的設(shè)計分成3 個步驟：

　　1． 首先是環(huán)天線的設(shè)計和加工；

　　2． 第二步是環(huán)天線阻抗的測量；

　　3． 第三部是匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計以及匹配網(wǎng)絡(luò)和環(huán)天線的聯(lián)合仿真在這篇文章中，我們針對步驟2 設(shè)計了一種聯(lián)合使用同軸線和de-embedding 技術(shù)來得出天線精確阻抗的方法。在這種方法得到的阻抗的基礎(chǔ)上，來完成匹配網(wǎng)絡(luò)和NFRA 天線的設(shè)計制作。

　　1 測量方法

　　一般的，帶有平衡端口的天線，尤其是像圖2 中的電小天線，都需要使用巴倫[4]，巴倫的作用是完成平衡端口到非平衡端口的轉(zhuǎn)換。通常會在同軸線和天線結(jié)構(gòu)之間使用一個1:1的巴倫來抑制同軸線上共模電流的影響，完成轉(zhuǎn)換。

　　然而，對于一個電大尺寸的平衡端口天線，同軸線上的共模電流可以忽略，同軸線可以直接的連接到天線上進行測量，如圖3。

　　在UHF 頻段，空氣中的波長大約是33cm，比一般的NFRA 的尺寸要小。我們以一個歐洲頻段標準（865MHz-868MHz）的NFRA 為例來闡述阻抗的測量方法。圖4 給出了這款天線的簡化的模型，可以看出天線是一個橢圓形的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，周42cm，遠比866MHz 時的波長要長。我們在測量是可以不通過巴倫而直接把端口和同軸線相連。