摘要 有源射频辨认定位体系现已被广泛运用于各种定位场景。针对实践场景下电子标签小型化的需求，在半径为14 mm的半圆里，运用弯折线完结了标签PCB天线的小型化规划，增益到达-17 dB。依据集总元件电路，天线完结了433 MHz的谐振特性，且标签天线与标签芯片完结了50 Ω的阻抗匹配。
即射频辨认(Radio Frequency Identification，RFID)，是一种非触摸式的主动辨认技能，通过无线射频办法进行非触摸双向数据通讯，对方针加以辨认并获取相关数据，具有成本低、定位精度高的长处。有源RFID定位体系已被广泛运用于各种定位场景。天线是RFID体系的重要组成部分，在很多场景中均限制着RFID技能的开展，所以关于RFID天线的研讨和规划非常火急。当时RFID体系的运用首要会集在低频、高频、超高频和微波频段，且在这些频段上的天线规划研讨有较大不同。本文体系规划选用超高频段进行通讯，现在在UHF频段多选用偶极子及其变形结构，如弯折线天线、折合偶极子天线等。文中规划了超高频段433 MHz的标签小型化天线，需一起满意标签小型化和天线功能两方面的要求。
1 标签天线规划思维
1.1 标签天线辐射增益确认
天线增益用G来表明，界说为：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体系最大传输间隔表明为
标签天线发射信号，读写器天线接纳信号。对应式(1)中，Pth为读写器射频芯片规则的天线最小接纳功率，-110 dBm·W;Pt为标签射频电路芯片规则的天线发射功率，可调，-20～3 dBm·W;Gt为要规划的标签天线增益;GT为已有读写器天线增益，3 dBi;λ为作业波长;r为标签与读写器之间作业间隔规划方针，50 m;作业频率为433MHz。RFID体系中读写器天线为圆极化天线，标签天线为线极化天线，二者会产生3 dB的极化失配丢失。依据核算公式和实践场景归纳考虑，终究确认标签天线增益为-19 dB，可满意运用需求。
1.2 标签天线阻抗匹配
标签天线面积规划方针是半径为14 mm的半圆区域。433 MHz的标签天线由于波长较长，所以在规则的面积内选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。在不改动天线外形尺度的条件下，跟着弯折次数的添加，弯折线天线的谐振频率、谐振阻抗下降，可是下降的趋势渐缓，之后当持续添加弯折次数时，天线的谐振频率根本不变。相同在天线外尺度不变的条件下，改动弯折高度和弯折角，得到的成果相似，均为开始时跟着弯折高度和弯折角的添加，天线谐振频率和阻抗显着下降，之后趋势渐缓，终究根本不变。鉴于天线面积较小，在有限的区域内运用弯折线结构无法到达433 MHz的谐振频率，所以规划时需求添加相应的匹配电路进行调谐。
此外，电子标签电路板规划中射频电路与馈线、馈线与天线之间的阻抗要到达共轭匹配，天线才干取得最大的功率传输，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悉数由天线辐射宣布，并且这部分的能量会反射回射频电路，产生驻波，对电路产生较大危害。所以为了使信号和能量有用传输，有必要使电路作业在阻抗匹配状况，即与天线衔接的芯片阻抗有必要和天线阻抗共轭匹配。将芯片阻抗调至50 Ω，天线的输入阻抗调为50 Ω，然后完结阻抗匹配。
2 标签天线结构规划
电子标签选用FR4-环氧树脂电路介质基板(FR4_expoy)厚度为0.8 mm;介电常数为4.4;线宽为0.5 mm。通过长期绕制，得到天线几许形状如图1所示。
该结构充分利用了电子标签形状，天线的增益如图2所示。
由图2可知，天线增益为-15.7 dB，全向辐射。天线上的电流散布如图3所示。
天线谐振图画如图4所示。
图4中，天线确如剖析，并没有在433 MHz呈现谐振，需求添加相应的匹配电路。
3 射频电路的阻抗匹配
在天线433 MHz处谐振，需相应地匹配电路调谐。这儿选用Smith圆图进行调和谐阻抗匹配，首先要已知该结构天线在433 MHz处的阻抗值。从HFSS仿真成果中可查到该天线在各个频率点的阻抗，如图5所示。
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。这儿运用ADS进行阻抗匹配作业。规划原理是天线添加匹配电路后，组成一个新的电路结构，整个电路在433 MHz处谐振，阻抗到达50 Ω，然后完结阻抗匹配。ADS原理图顶用集总元件表明天线的阻抗，详细规划办法是天线等效为一个电阻和电容的串联，设电阻为R，%&&&&&%为C
核算得到，R=2.832 004 Ω，C=1.65 pF。
ADS中将集总元器件、Smith Chart Matching圆衔接起来得到仿真电路，详细结构如图6所示。
图6中电路结构经Smith Chart匹配，ADS中供给了4种匹配结构，如图7所示。
依据L型匹配电路介绍，规划选用右上角先并联电感后串联电感的办法。将匹配电路与天线串联衔接后，用ADS仿真得到此刻天线的谐振频率与带宽，如图8所示。
图8所示，仿真天线谐振点为433 MHz，天线带宽为2 MHz详细规模是432～434 MHz，成果契合有源RFID体系中通讯频率的规划要求。但ADS因存在精度问题，会主动调整输入值，所以只选用其供给的匹配电路结构图，详细的%&&&&&%值还需进行实践调试得到。实践调试顶用矢量网络剖析仪衔接相同的匹配电路结构进行调试。预备一块带有匹配电路电感方位的天线板。依据以下过程调试匹配电路：(1)发动矢量网络剖析仪。(2)将矢量网络剖析中的同轴传输线外导体衔接匹配电路中接地端，将内导体衔接匹配电路馈线端。(3)焊接匹配电路中其间一个电感，依据矢量网络剖析中的Smith圆图调理另一个电感值，直到谐振频率为433 MHz时，调试完结。经调试，确认调试过程中L3为30 nH，L2为12 nH。终究成果如图9所示。
实践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，比较仿真成果约减小400 kHz。并且匹配电路中电感值产生较大改变，这是由于ADS进行Smith圆匹配中默许阻抗实部最小为5.3，而实践天线的实部只要2.8，呈现了较大差错。即便如此，文中所规划的天线还能满意有源RFID定位体系运用要求。什物如图10所示。
4 结束语
本文提出了一种超小型433 MHz PCB天线，增益为-17 dB，到达了RFID体系的运用要求。天线半径为14 mm的半圆区域，在现在一切的文献中面积最小。该天线已制造完结，通过不断调试，在匹配了两个电感后，谐振频率到达433 MHz。该天线尺度小，是一种功能较好，工程上实用性强的标签天线。
