摘要：有源射频识别定位系统现已被大范围的应用于各种定位场景。针对实际场景下电子标签小型化的需求，在半径为14 mm的半圆里，应用弯折线实现了标签PCB天线的小型化设计，增益达到-17 dB。基于集总元件电路，天线 MHz的谐振特性，且标签天线 Ω的阻抗匹配。

　　有源射频识别定位系统现已被大范围的应用于各种定位场景。针对实际场景下电子标签小型化的需求，在半径为14 mm的半圆里，应用弯折线实现了标签PCB天线的小型化设计，增益达到-17 dB。基于集总元件电路，天线 MHz的谐振特性，且标签天线 Ω的阻抗匹配。

　　即射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)，是一种非接触式的自动识别技术，通过无线射频方式来进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取有关数据，具有成本低、定位精度高的优点。有源RFID定位系统已被大范围的应用于各种定位场景。天线是RFID系统的重要组成部分，在众多场景中均制约着RFID技术的发展，所以对于RFID天线的研究和设计十分迫切。当前

　　系统的应用大多分布在在低频、高频、超高频和微波频段，且在这些频段上的天线设计研究有较大不同。本文系统模块设计采用超高频段进行通信，目前在UHF频段多采用偶极子及其变形结构，如弯折线天线、折合偶极子天线等。文中设计了超高频段433 MHz的标签小型化天线，需同时满足标签小型化和天线性能两方面的要求。

　　天线增益用G来表示，定义为：在输入功率相同的条件下，天线在最大辐射方向上某一点的功率通量密度与相点源天线在同一点处的功率通量密度之比。一般RFID系统最大传输距离表示为

　　标签天线发射信号，读写器天线)中，Pth为读写器射频芯片规定的天线 dBm·W;Pt为标签射频电路芯片规定的天线 dBm·W;Gt为要设计的标签天线增益;GT为已有读写器天线;为工作波长;r为标签与读写器之间工作距离设计目标，50 m;工作频率为433MHz。RFID系统中读写器天线为圆极化天线，标签天线为线 dB的极化失配损失。根据计算公式和实际场景考虑，最后确定标签天线 dB，可满足应用需求。

　　标签天线 MHz的标签天线由于波长较长，所以在规定的面积内采用弯折线的天线结构。弯折线天线中弯折次数、弯折角、弯折高度以及弯折线宽均在较大程度上影响了天线的谐振特性。在不改变天线外观尺寸的条件下，随着弯折次数的增加，弯折线天线的谐振频率、谐振阻抗下降，但是下降的趋势渐缓，之后当继续增加弯折次数时，天线的谐振频率基本不变。同样在天线外尺寸不变的条件下，改变弯折高度和弯折角，得到的结果类似，均为开始时随着弯折高度和弯折角的增加，天线谐振频率和阻抗显而易见地下降，之后趋势渐缓，最后基本不变。鉴于天线面积较小，在有限的区域内使用弯折线 MHz的谐振频率，所以设计时要增加相应的匹配电路进行调谐。

　　此外，电子标签电路板设计中射频电路与馈线、馈线与天线之间的阻抗要达到共轭匹配，天线才可以获得最大的功率传输，辐射最大的能量。当射频电路与天线阻抗失配时，射频电路的能量将不能全部由天线辐射发出，而且这部分的能量会反射回射频电路，产生驻波，对电路产生较大损害。所以为了使信号和能量有效传输，必须使电路工作在阻抗匹配状态，即与天线连接的芯片阻抗必须和天线阻抗共轭匹配。将芯片阻抗调至50 Ω，天线 Ω，以此来实现阻抗匹配。

　　图5中方框部分为433 MHz频率点对应的阻抗值，Zt=2.832 004-i222.484 839，天线实部较小，呈现容抗性。这里使用ADS进行阻抗匹配工作。设计原理是天线增加匹配电路后，组成一个新的电路结构，整个电路在433 MHz处谐振，阻抗达到50 Ω，以此来实现阻抗匹配。ADS原理图中用集总元件表示天线的阻抗，具体设计方法是天线等效为一个电阻和电容的串联，设电阻为R，电容为C

　　图6中电路结构经Smith Chart匹配，ADS中提供了4种匹配结构，如图7所示。

　　根据L型匹配电路介绍，设计采用右上角先并联电感后串联电感的方式。将匹配电路与天线串联连接后，用ADS仿真得到此时天线的谐振频率与带宽，如图8所示。

　　图8所示，仿线 MHz，结果符合有源RFID系统中通信频率的设计的基本要求。但ADS因存在精度问题，会自动调整输入值，所以只采用其提供的匹配电路结构图，具体的元器件值还需进行实际调试得到。实际调试中用矢量网络分析仪连接同样的匹配电路结构可以进行调试。准备一块带有匹配电路电感位置的天线板。根据以下步骤调试匹配电路：(1)启动矢量网络分析仪。(2)将矢量网络分析中的同轴传输线外导体连接匹配电路中接地端，将内导体连接匹配电路馈线)焊接匹配电路中其中一个电感，根据矢量网络分析中的Smith圆图调节另一个电感值，直到谐振频率为433 MHz时，调试完成。经调试，确定调试过程中L3为30 nH，L2为12 nH。最终结果如图9所示。

　　实际调试中天线 dB，较仿线 MHz谐振时，天线的带宽较窄，相比仿线 kHz。而且匹配电路中电感值发生较大变化，是因为ADS进行Smith圆匹配中默认阻抗实部最小为5.3，而实际天线，出现了较大误差。即便如此，文中所设计的天线还能满足有源RFID定位系统应用要求。实物如图10所示。