一种超小型超高频段RFID标签天线的设计

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，从而实现阻抗匹配。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

计算得到，R=2.832 004 Ω，C=1.65 pF。

ADS中将集总元器件、Smith Chart Matching圆连接起来得到仿真电路，具体结构如图6所示。

图6 ADS中天线Smith匹配Smith Chart匹配

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。

图7 4种匹配网络结构图

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 天线谐振S11曲线图

图 8所示，仿真天线谐振点为433 MHz，天线带宽为2 MHz具体范围是432～434 MHz，结果符合有源RFID系统中通信频率的设计要求。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端。(3)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。

图9 实际调试后匹配电路

实 际调试中天线的增益为-17 dB，较仿真时有所减小。当天线在433.92 MHz谐振时，天线的带宽较窄，相比仿真结果约减小400 kHz。而且匹配电路中电感值发生较大变化，这是因为ADS进行Smith圆匹配中默认阻抗实部最小为5.3，而实际天线的实部只有2.8，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。

图10 实物图

4 结束语

本文提出了一种超小型433 MHz PCB天线，增益为-17 dB，达到了RFID系统的应用要求。天线半径为14 mm的半圆区域，在目前所有的文献中面积最小。该天线已制作完成，经过不断调试，在匹配了两个电感后，谐振频率达到433 MHz。该天线尺寸小，是一种性能较好，工程上实用性强的标签天线。