基于感應(yīng)耦合的UHF寬頻帶電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)

　　現(xiàn)在根據(jù)以上討論，研究寄生單元距饋電點(diǎn)的距離和饋電單元的形狀對(duì)天線性能的影響。
2.1 耦合間距對(duì)天線性能的影響
　　從以上分析可以看到，根據(jù)(8)式，當(dāng)天線在諧振狀態(tài)時(shí)，阻抗的實(shí)部是只受互感影響的，而互感與寄生單元和饋電單元的間距有關(guān)。距離對(duì)天線的影響如圖5所示。從圖5(b)可以看到，隨著間距的增加，天線阻抗的實(shí)部在減小，而虛部基本保持不變，這一點(diǎn)與理論分析的結(jié)果基本相同。

　　對(duì)于寄生單元加載技術(shù)，寄生單元的電流是由場感應(yīng)產(chǎn)生的，而且這種單元不與傳輸線相連接。當(dāng)λ/2的寄生單元為電感性(長度大于諧振長度)時(shí)，起反射器的作用；為電容性(長度小于其諧振長度)時(shí)，起引向器的作用[8]。下面簡單分析寄生單元對(duì)天線的性能影響。
　　記受激單元為1#，寄生單元為2#，則帶有寄生單元的偶極子陣與單獨(dú)λ/2偶極子的增益之比為[8]:
　　

　　從(9)式可以看出，如果讓Z₂₂足夠大，即讓寄生單元失諧，則(9)式接近于1，這樣，帶有寄生單元的偶極子陣列將與普通偶極子的輻射場基本相同。從圖5(b)可以看到隨著距離的增大，阻抗的實(shí)部減小，從(8)式可以看到，當(dāng)阻抗的實(shí)部減小時(shí)，寄生單元的電阻R增大，在其他參數(shù)不變的條件下，由(9)式可以看到，隨著間距的增大，輻射方向圖更接近普通偶極子的方向圖。從式(9)也可以看出，寄生單元相對(duì)于受激單元的電流幅度及相位關(guān)系也依賴于寄生單元的調(diào)諧。這也體現(xiàn)在圖4(b)上。盡管天線不具有偶極子的結(jié)構(gòu)，卻具有偶極子的低的方向性。

2.2 饋電單元形狀對(duì)天線的影響
　　從(8)式可以看出，饋電單元自身的形狀將影響天線阻抗的虛部。可以推斷，如果改變饋電環(huán)的形狀，則會(huì)改變天線阻抗的虛部，由于阻抗共軛匹配點(diǎn)并不一定是諧振點(diǎn)，諧振狀態(tài)只與阻抗的虛部有關(guān)，這樣不難推出，當(dāng)饋電環(huán)的形狀改變時(shí)，天線的諧振狀態(tài)也會(huì)隨之發(fā)生變化。而諧振頻點(diǎn)是偏大還是偏小取決于虛部的變化情況。為了排除饋電點(diǎn)的位置對(duì)天線性能的影響，這里分別在保持饋電的位置和底邊距離寄生單元的距離不變的狀態(tài)下，分別對(duì)比了矩形加載、三角形加載和梯形加載對(duì)天線性能的影響。
　　三種狀態(tài)下的天線模型如圖6所示，仿真分析結(jié)果如圖7所示。

　　從圖7可以看到，不同形狀的饋電單元對(duì)阻抗的實(shí)部影響很小，在915 MHz頻點(diǎn)，阻抗變化在1 Ω左右，而阻抗虛部變化很大，范圍在90～140 Ω之間，由于虛部變化較大，導(dǎo)致諧振頻點(diǎn)偏移。由于標(biāo)簽芯片對(duì)外呈現(xiàn)容性，所以需要標(biāo)簽天線呈感性來匹配。從圖7(b)可以看到，當(dāng)采用三角形加載時(shí)，阻抗的虛部很小，而諧振頻率是和電感與電容的乘積成反比的。這樣不難分析，當(dāng)采用三角形加載時(shí)，由于阻抗虛部減小，導(dǎo)致諧振頻率偏大。從阻抗匹配的角度來說，阻抗虛部的減小，又使標(biāo)簽天線與標(biāo)簽芯片失配，這樣反射系數(shù)明顯增大，如圖7(c)所示的S11變化。
　　從以上的仿真結(jié)果可以看到，仿真結(jié)果與理論分析基本吻合，這也證明了圖2電路近似等效的正確性。此外，通過分析驗(yàn)證可以發(fā)現(xiàn)，這種天線的制作和調(diào)諧是非常方便的，而且可以對(duì)天線的實(shí)部和虛部進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。標(biāo)簽天線樣品在制作調(diào)試過程中也驗(yàn)證了上述分析的有效性。
　　本文設(shè)計(jì)了一款UHF全頻帶天線，仿真結(jié)果表明，在0.82 GHz～1 GHz，VSWR1.2，S₁₁-22 dB時(shí)，可以同時(shí)滿足中國、歐洲和美國的UHF射頻頻段標(biāo)準(zhǔn)。
　　這種標(biāo)簽天線是由彎折的感應(yīng)單元和環(huán)狀的饋電單元組成。通過理論分析可以知道，當(dāng)天線諧振時(shí)，天線阻抗的實(shí)虛部可以單獨(dú)調(diào)節(jié)。仿真分析的結(jié)果與理論分析基本吻合，樣品制作調(diào)試的過程也驗(yàn)證了分析與仿真所呈現(xiàn)出的規(guī)律，從而證明了理論分析的正確性。