基于感应耦合的UHF宽频带电子标签设计

　　现在根据以上讨论，研究寄生单元距馈电点的距离和馈电单元的形状对天线性能的影响。
2.1耦合间距对天线性能的影响
　　从以上分析可以看到，根据(8)式，当天线在谐振状态时，阻抗的实部是只受互感影响的，而互感与寄生单元和馈电单元的间距有关。距离对天线的影响如图5所示。从图5(b)可以看到，随着间距的增加，天线阻抗的实部在减小，而虚部基本保持不变，这一点与理论分析的结果基本相同。

　　对于寄生单元加载技术，寄生单元的电流是由场感应产生的，而且这种单元不与传输线相连接。当λ/2的寄生单元为电感性(长度大于谐振长度)时，起反射器的作用；为电容性(长度小于其谐振长度)时，起引向器的作用[8]。下面简单分析寄生单元对天线的性能影响。
　　记受激单元为1#，寄生单元为2#，则带有寄生单元的偶极子阵与单独λ/2偶极子的增益之比为[8]:

　　从(9)式可以看出，如果让Z₂₂足够大，即让寄生单元失谐，则(9)式接近于1，这样，带有寄生单元的偶极子阵列将与普通偶极子的辐射场基本相同。从图5(b)可以看到随着距离的增大，阻抗的实部减小，从(8)式可以看到，当阻抗的实部减小时，寄生单元的电阻R增大，在其他参数不变的条件下，由(9)式可以看到，随着间距的增大，辐射方向图更接近普通偶极子的方向图。从式(9)也可以看出，寄生单元相对于受激单元的电流幅度及相位关系也依赖于寄生单元的调谐。这也体现在图4(b)上。尽管天线不具有偶极子的结构，却具有偶极子的低的方向性。

2.2 馈电单元形状对天线的影响
　　从(8)式可以看出，馈电单元自身的形状将影响天线阻抗的虚部。可以推断，如果改变馈电环的形状，则会改变天线阻抗的虚部，由于阻抗共轭匹配点并不一定是谐振点，谐振状态只与阻抗的虚部有关，这样不难推出，当馈电环的形状改变时，天线的谐振状态也会随之发生变化。而谐振频点是偏大还是偏小取决于虚部的变化情况。为了排除馈电点的位置对天线性能的影响，这里分别在保持馈电的位置和底边距离寄生单元的距离不变的状态下，分别对比了矩形加载、三角形加载和梯形加载对天线性能的影响。
　　三种状态下的天线模型如图6所示，仿真分析结果如图7所示。

　　从图7可以看到，不同形状的馈电单元对阻抗的实部影响很小，在915 MHz频点，阻抗变化在1 Ω左右，而阻抗虚部变化很大，范围在90～140 Ω之间，由于虚部变化较大，导致谐振频点偏移。由于标签芯片对外呈现容性，所以需要标签天线呈感性来匹配。从图7(b)可以看到，当采用三角形加载时，阻抗的虚部很小，而谐振频率是和电感与电容的乘积成反比的。这样不难分析，当采用三角形加载时，由于阻抗虚部减小，导致谐振频率偏大。从阻抗匹配的角度来说，阻抗虚部的减小，又使标签天线与标签芯片失配，这样反射系数明显增大，如图7(c)所示的S11变化。
　　从以上的仿真结果可以看到，仿真结果与理论分析基本吻合，这也证明了图2电路近似等效的正确性。此外，通过分析验证可以发现，这种天线的制作和调谐是非常方便的，而且可以对天线的实部和虚部进行单独调节。标签天线样品在制作调试过程中也验证了上述分析的有效性。
　　本文设计了一款UHF全频带天线，仿真结果表明，在0.82 GHz～1 GHz，VSWR1.2，S₁₁-22 dB时，可以同时满足中国、欧洲和美国的UHF射频频段标准。
　　这种标签天线是由弯折的感应单元和环状的馈电单元组成。通过理论分析可以知道，当天线谐振时，天线阻抗的实虚部可以单独调节。仿真分析的结果与理论分析基本吻合，样品制作调试的过程也验证了分析与仿真所呈现出的规律，从而证明了理论分析的正确性。