标签: RFID标签

01 物联网系统中为什么要使用RFID标签 物联网系统中使用RFID标签的原因主要体现在以下几个方面： 非接触式自动识别特性 无需人工干预：RFID标签通过无线电信号自动识别物体，无需物理接触或人工扫描，极大地提高了数据采集的效率和准确性。 高效批量识别：RFID技术能够一次性批量读取多个标签，适用于需要快速处理大量数据的场景，如库存管理、物流追踪等。 强大的数据存储和通信能力 大容量数据存储：RFID标签可以存储大量数据，包括物品的基本信息、历史信息等，为后续的数据处理和分析提供了坚实的基础。 动态实时通讯：RFID标签能够实时更新数据，并与读写器进行动态通信，确保物联网系统能够实时掌握物品的状态和位置信息。 高可靠性和稳定性 适应恶劣环境：RFID标签在各种恶劣环境下均能保持较高的识别准确性和稳定性，如高温、潮湿、油污等环境，这对于一些特殊应用场景尤为重要。 抗污染能力强：RFID标签采用防水、防油等材料制成外壳，对水、油、化学品等物质的抵抗力强，使用寿命长。 促进物联网系统的智能化升级 实现实时监控和预测性维护：通过RFID采集的数据，物联网系统能够实现对物品的实时监控和预测性维护，为企业提供更为精准、高效的管理决策支持。 提升安全性与可追溯性：RFID技术还具备防伪溯源的功能，能够确保物品从生产到消费的全链条可追溯，有效防止假冒伪劣产品的流通，保障消费者的权益。 广泛的应用场景 物流管理：RFID标签在物流领域应用广泛，可以实现货物的实时跟踪、库存管理等功能，提高物流效率和质量。 生产制造：RFID标签可以帮助企业实现生产线的自动化管理，提高生产效率。 零售行业：RFID标签可以实现商品的自动识别和防盗，提高销售效率和顾客体验。 医疗保健：RFID标签可以用于病人身份识别、药品管理等方面，提高医疗保健的效率和质量。 物流与供应链管理：实时跟踪货物的位置和状态，提高物流效率和准确性。 图书馆管理：图书的借还、库存管理等。 资产管理：艺术品、展品等的快速盘点和定位。 车辆管理：车辆的身份识别、远程读取等。 综上所述，物联网系统中使用RFID标签能够显著提升数据采集的效率和准确性、增强系统的智能化水平、提升安全性和可追溯性，并适应广泛的应用场景。随着技术的不断进步和应用领域的扩展，RFID标签在物联网系统中的作用将会越来越重要。 本文会再为大家详解电子标签家族中的一员——RFID标签。 02 RFID标签的定义 RFID（Radio Frequency Identification）标签，又称电子标签、射频标签、应答器、数据载体，是RFID技术的载体。RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号来识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预。 RFID标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，高容量电子标签还有用户可写入的存储空间，附着在物体上标识目标对象。 03 RFID标签的原理 RFID标签的工作原理基于射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性。当标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（对于无源标签）或主动发送某一频率的信号（对于有源标签）。解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行数据处理。 04 RFID标签的分类 RFID标签可以根据不同的特性和应用场景进行分类： 按频率分类： 低频（LF）：低频RFID标签的工作频率较低，主要用于短距离、低速度的识别。 高频（HF）：高频RFID标签具有较高的数据传输速率，适用于中短距离的识别。 超高频（UHF）：超高频RFID标签具有较远的读取距离和较快的识别速度，广泛应用于物流、供应链管理等领域。 微波（MW）：微波RFID标签工作在微波频段，适用于长距离、高速运动的物体识别。 按供电方式分类： 有源标签：内部装有电池，可以提供主动信号，读写距离远，但成本较高且使用寿命有限。 无源标签：通过电磁感应从读写器获取能量，无需电池，成本较低且使用寿命长，但读写距离相对较短。 按封装形式分类： 卡片式、标签式、腕带式、纽扣式等，不同的封装形式使得RFID标签可以灵活地应用于各种场景。 05 RFID标签的选型参数 在选择RFID标签时，需要考虑以下性能参数： 读取距离：根据应用场景选择适当的读取距离，确保标签能在所需范围内被准确读取。 读写速度：对于需要快速处理大量数据的场景，选择具有高速读写性能的标签。 耐久性：考虑标签的使用环境，选择能抵抗恶劣条件的标签。 数据存储量：根据应用需求选择合适的数据存储量。 频率：选择合适的工作频率以满足不同的应用场景。 尺寸和形状：确保标签能方便地附着在目标物体上。 材料和附着方式：选择适合目标物体材质和表面的标签材料。 成本：在满足需求的前提下，控制成本。 兼容性和集成性：确保所选的RFID标签与现有的读写器、软件和系统兼容。 06 RFID标签的使用注意事项 标签类型匹配：根据应用场景选择合适的RFID标签类型。 标签方向与位置：标签的放置方向和位置对读卡效果有很大影响，应避免被金属物体遮挡。 标签质量检查：使用前应对RFID标签进行质量检查，确保标签无损坏、无污渍，且芯片与天线连接良好。 参数设置合理：根据RFID标签的类型和读取需求，合理设置读取器的各项参数。 软件兼容性：确保读取器与配套软件兼容，且软件版本为最新。 电磁干扰：RFID系统易受电磁干扰影响，需尽量避免在强电磁场环境下使用。 温湿度控制：极端温湿度环境可能影响RFID标签和读取器的性能，需控制好环境的温湿度条件。 07 RFID标签的厂商 RFID标签的厂商众多，涵盖了国内外多个知名企业。这些厂商在RFID标签的设计、生产、销售以及技术支持等方面积累了丰富的经验，并持续推动着RFID技术的发展和应用。以下是一些RFID标签的厂商示例： 国内厂商 深圳市全卡通智能科技有限公司：该公司主营IC卡、M1卡、芯片卡、会员卡、储值卡等，也涉及RFID标签的生产和加工。 惠州市辰芯智能科技有限公司：专注于RFID电子标签、RFID智能卡、IC/ID卡、CPU卡、防伪溯源标签等多种标签的生产，产品涵盖超高频电子标签、服装吊牌、柔性抗金属标签等。 云南正卡电子科技有限公司：主营RFID电子标签、RFID智能卡以及RFID电子标签设备相关的产品。 深圳亿卡通物联科技有限公司：生产多种RFID标签，包括抗金属标签、NFC标签、超高频电子标签等，并提供相关的RFID腕带、手环等产品。 深圳市融智兴科技有限公司：产品范围广泛，包括RFID卡、RFID电子标签、NFC标签等，同时也提供智能卡、门禁卡、钥匙扣等多种卡片类产品。 国外厂商 虽然具体国外厂商名单可能因时间和市场变化而有所不同，但通常国际上也有许多知名的RFID标签生产商，如Zebra Technologies（斑马技术）、Impinj、HID Global等，这些公司在RFID领域拥有较高的知名度和市场份额。 供应商A：创新佳 1、产品能力： （1）选型手册 （2）主推型号1：RFID高频电子标签01 对应的产品详情介绍 规格参数 工作频率：13.56 MHz 标准协议：ISO15693/ISO14443A 封装尺寸：根据客户要求订做 封装：PVC、PET、纸质 感应频率：13.56MHz 读写距离：0-5CM，不同功率的读卡器，会有区别。 工作温度： -25℃～+60℃ 数据保持10年,内存可擦写10万次 功能概述 功能：实现RFID系统终端物品的信息存储 应用：仓储管理，服装吊牌，资产管理，物流管理等 本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki： Cellular IoT Wiki 知识库(https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf) （如有侵权，联系删除）

利用合成材料制造的印刷微电子元件提供了轻薄、可挠曲的好处，而且能够以更具成本效益且节能的方式进行生产，广泛地应用在软性显示器与触控萤幕、发光薄膜、RFID标签以及太阳能电池。 有机电子可望作为传统矽晶的替代技术，造就一个具发展前景的未来。如今，利用有机发光二极体(OLED)制造的软性显示器和发光壁纸正迅速发展中。 慕尼黑工业大学(Technische Universitat Munchen；TUM)的物理学家在一项国际性的合作计划中证实，超薄聚合物电极可利用印刷的方式制造出来，而且还能成功地改善印刷薄膜的电气特性。 研究人员仔细观察以导电聚合物制造的透明薄膜电极；这种导电聚合物是在可挠性基板上印刷出来的。 然而，为了制造出产业级的元件，半导体或绝缘层(比人的发丝更轻薄1千倍)必须能以预先定义的顺序印刷在载体薄膜上。“这是一个非常复杂的过程，必须充份地瞭解其细节，才能实现量身打造的客制化应用，”慕尼黑工业大学机能材料系主任Peter Muller-Buschbaum解释。 更棘手的挑战是必须在可挠性导电层之间进行接触。在一般情况下，通常使用以结晶氧化铟锡制造的电子触点。然而，这种结构存在许多缺点：氧化物比其上的聚合物层更易碎，因而可能限制电池的可挠性。此外，在制造过程中还会消耗大量的能量。最后，铟是一种数量非常有限的稀有元素。 就在几个月前，美国加州罗伦斯柏克莱国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory；LBNL)的研究人员首次成功地在印刷过程中观察到有机太阳能电池活性层中的聚合物分子交叉链接。Muller-Buschbaum的团队与加州的研究人员们开始合作，利用这项技术，提高了聚合物电子元件的特性。 基于导电聚合物的有机电子市场发展前景乐观 研究人员利用在柏克莱国家实验室同步进行研究时所产生的X射线辐射。X射线被引导至新印刷的合成层并逐渐扩散。分子在印刷薄膜固化过程中的安排与方向，可以从扩散模式的变化来决定。 “由于X射线辐射极其密集，让我们得以实现一个非常高的时间解析度，”Claudia M. Palumbiny表示。这位远从慕尼黑工业大学来的物理学家在加州柏克莱的实验室中研究有机电子组成中排序并选择传送电荷载子的“阻障层”。如今，慕尼黑工业大学的研究团队与美国的研究人员们已经联手在《先进材料》(Advanced Materials)期刊中发表了这项研究结果。 “我们在研究工作中发现，这是有史以来第一次在物理化学制程条件下的微小变化对于叠层的集结与特性带来明显的影响。”例如，Claudia M. Palumbiny表示，“添加具有高沸点的溶剂提高了合成材料组成的偏析，从而改善了传导分子的结晶。分子之间的距离缩小，同时提高了导电率。 可印刷有机电子的印表机。 透过这种方式，可以使稳定度和电导性提高到让材料不仅可被部署为一种阻障层的程度，甚至还能作为透明的电接触。这可用于取代易碎的氧化铟锡层。Palumbiny解释，“最终，这意味着所有的叠层都可利用相同的制程进行生产，从而为制造商带来极大的好处。” 为了实现这些目标，TUM的研究人员希望持续研究并进一步最佳化电极材料，将这些研究结果与知识提供给业界。“如今我们已经形成了推动材料发展以及进一步研究的基础，未来这些都将用于业界厂商，”Muller-Buschbaum教授表示。 这项研究是由欧洲理工大学联盟《光电介面科学》(ISPV)的绿色科技(GreenTech Initiative)计划、TUM的国际科学与工程研究所(IGSSE)，以及卓越集团(Cluster of Excellence)慕尼黑奈米系统计划(NIM)所赞助支持。并获得来自巴伐利亚国际博士课程“奈米生物技术”(IDK-NBT)与奈米科学中心(CENS)的精英网路(Elite Network)、以及美国能源部(DoE)先进能源研究中心赞助“基于聚合物材料的太阳能采集”(PHaSE)计划的进一步支持。此外，该研究的部份工作是在美国能源部基础能源科学办公室支持的先进光源计划中进行。 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载

RFID应用越来越广泛，市场规模也在不断扩大，同时在技术上的要求也在趋于多样化个性化。该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。该天线半径为14 mm的半圆区域，尺寸小，同时满足标签小型化和天线性能两方面的要求。 有源射频识别定位系统现已被广泛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，天线实现了433 MHz的谐振特性，且标签天线与标签芯片实现了50 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，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据，具有成本低、定位精度高的优点。有源RFID定位系统已被广泛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RFID系统的应用主要集中在低频、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。 1 标签天线设计思想 1.1 标签天线辐射增益确定 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，读写器天线接收信号。对应式(1)中，Pth为读写器射频芯片规定的天线最小接收功率，-110 dBm·W;Pt为标签射频电路芯片规定的天线发射功率，可调，-20～3 dBm·W;Gt为要设计的标签天线增益;GT为已有读写器天线增益，3 dBi;λ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，标签天线为线极化天线，二者会产生3 dB的极化失配损失。根据计算公式和实际场景综合考虑，最后确定标签天线增益为-19 dB，可满足应用需求。 1.2 标签天线阻抗匹配 标签天线面积设计目标是半径为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。在不改变天线外形尺寸的条件下，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明显下降，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结构无法达到433 MHz的谐振频率，所以设计时需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，天线才能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，天线的输入阻抗调为50 Ω，从而实现阻抗匹配。 2 标签天线结构设计 电子标签采用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。经过长时间绕制，得到天线几何形状如图1所示。 图1 设计天线结构图 该结构充分利用了电子标签形状，天线的增益如图2所示。 图2 天线增益图 由图2可知，天线增益为-15.7 dB，全向辐射。天线上的电流分布如图3所示。 图3 天线面电流密度 天线谐振图像如图4所示。 图4中，天线确如分析，并没有在433 MHz出现谐振，需要增加相应的匹配电路。 图4 设计天线S11曲线 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。这里采用Smith圆图进行调谐和阻抗匹配，首先要已知该结构天线在433 MHz处的阻抗值。从HFSS仿真结果中可查到该天线在各个频率点的阻抗，如图5所示。 图5 天线在400~460MHz的阻抗 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。

RFID应用越来越广泛，市场规模也在不断扩大，同时在技术上的要求也在趋于多样化个性化。该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。该天线半径为14 mm的半圆区域，尺寸小，同时满足标签小型化和天线性能两方面的要求。 有源射频识别定位系统现已被广泛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，天线实现了433 MHz的谐振特性，且标签天线与标签芯片实现了50 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，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据，具有成本低、定位精度高的优点。有源RFID定位系统已被广泛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RFID系统的应用主要集中在低频、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。 1 标签天线设计思想 1.1 标签天线辐射增益确定 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，读写器天线接收信号。对应式(1)中，Pth为读写器射频芯片规定的天线最小接收功率，-110 dBm·W;Pt为标签射频电路芯片规定的天线发射功率，可调，-20～3 dBm·W;Gt为要设计的标签天线增益;GT为已有读写器天线增益，3 dBi;λ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，标签天线为线极化天线，二者会产生3 dB的极化失配损失。根据计算公式和实际场景综合考虑，最后确定标签天线增益为-19 dB，可满足应用需求。 1.2 标签天线阻抗匹配 标签天线面积设计目标是半径为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。在不改变天线外形尺寸的条件下，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明显下降，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结构无法达到433 MHz的谐振频率，所以设计时需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，天线才能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，天线的输入阻抗调为50 Ω，从而实现阻抗匹配。 2 标签天线结构设计 电子标签采用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。经过长时间绕制，得到天线几何形状如图1所示。 图1 设计天线结构图 该结构充分利用了电子标签形状，天线的增益如图2所示。 图2 天线增益图 由图2可知，天线增益为-15.7 dB，全向辐射。天线上的电流分布如图3所示。 图3 天线面电流密度 天线谐振图像如图4所示。 图4中，天线确如分析，并没有在433 MHz出现谐振，需要增加相应的匹配电路。 图4 设计天线S11曲线 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。这里采用Smith圆图进行调谐和阻抗匹配，首先要已知该结构天线在433 MHz处的阻抗值。从HFSS仿真结果中可查到该天线在各个频率点的阻抗，如图5所示。 图5 天线在400~460MHz的阻抗 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。