引 言

　　天線是一種轉(zhuǎn)能器。發(fā)射時，它把發(fā)射機的高頻電流轉(zhuǎn)化為空間電磁波;接收時，它又把從空間截獲的電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流送入接收機。對于設(shè)計一個應(yīng)用于射頻識別系統(tǒng)中的小功率、短距離無線收發(fā)設(shè)備，天線設(shè)計是其中的重要部分。良好的天線系統(tǒng)可以使通信距離達到最佳狀態(tài)。天線的種類很多，不同的應(yīng)用需要不同的天線。在小功率、短距離的RFID系統(tǒng)中，需要一個通信可靠、價格低廉的天線系統(tǒng)，PCB環(huán)型天線是比較常用的一種。

　　所設(shè)計的RFID閱讀器使用的射頻芯片是RI-R6C-001A。由于該芯片要求的天線阻抗為50 Ω，工作于13，56 MHz，因此在設(shè)計中，采用PCB環(huán)型天線。PCB環(huán)型天線是電小環(huán)天線的一種。

　　1 PCB環(huán)型天線的設(shè)計

　　天線主要是基于TI公司的ASIC設(shè)計的，用于200mW的低功率閱讀器，適合于所選的射頻芯片。圖1是制作的PCB環(huán)型天線。

　　圖2顯示了該矩形環(huán)型天線的幾何尺寸。圖中將要在計算中用到的物理參數(shù)有以下4個：A1，環(huán)型天線寬度(m);A2，環(huán)型天線長度(m);B1，環(huán)型導(dǎo)體厚度(m);B2，環(huán)型導(dǎo)體寬度(m)。

　　對于PCB環(huán)型天線，導(dǎo)線厚度B1就是TOP層上銅走線的厚度。在計算天線的參數(shù)時，矩形天線可以簡化為一個正方形等效電路模型，而二維平面的環(huán)型導(dǎo)體可以等效為圓形截面的導(dǎo)線。由圖2可知，正方形等效電路的邊長為：。這個等效邊長在以后的環(huán)面積、感應(yīng)系數(shù)的計算中都要用到。

　　環(huán)型導(dǎo)體等效導(dǎo)線截面圓半徑B由下式給出：

　　在靜電學(xué)上，等效圓導(dǎo)線半徑表示該半徑下的圓導(dǎo)線所具有的電容與截面是非圓形導(dǎo)體所具有的電容相等。

　　下面分析環(huán)型天線的等效電路。

　　環(huán)型天線激勵點的電壓和電流通過環(huán)的輸入阻抗聯(lián)系起來，即V=ZI0。為了評估用于天線諧振的電容Z′IN，環(huán)型天線的輸入阻抗必須確定;同樣，為了評估天線效率和輻射阻抗，環(huán)型導(dǎo)體內(nèi)的歐姆損耗和其他歐姆損耗也必須確定下來。在發(fā)射模式下，環(huán)型天線輸入阻抗的等效電路如圖3所示。

　　環(huán)型天線輸入阻抗ZIN可由下式給出：

　　式中：RR為輻射電阻;RL為環(huán)型導(dǎo)體損耗電阻;RX為額外歐姆損耗電阻;LA為環(huán)型天線電感;L1為環(huán)型導(dǎo)體電感。

　　輻射電阻為：

　　上面式中：為諧振頻率，RR單位為Ω。

　　環(huán)型導(dǎo)體損耗電阻為：

　　式中：l為金屬環(huán)形導(dǎo)體長度，p為環(huán)形導(dǎo)體交叉部分的周長，RS為導(dǎo)體表面電阻，μ0為4π×10-7H/m;Σ為導(dǎo)體電導(dǎo)率;R1單位為Ω。

　　額外歐姆損耗電阻主要來自電容CP上的等效串聯(lián)電阻：

　　式中：RX的單位為Ω。

　　匹配將天線線圈直接連接到功率輸出級，或通過同軸電纜饋送到天線線圈。圖7為采用50Ω技術(shù)的電感耦合式射頻識別系統(tǒng)的電路圖。天線線圈L1在射頻識別系統(tǒng)的工作頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)為阻抗ZL。為了實現(xiàn)與50Ω系統(tǒng)的功率匹配，必須通過無源的匹配電路將此阻抗轉(zhuǎn)換為50 n，然后通過同軸電纜即可幾乎無損失且無輻射地將此功率從閱讀器末級傳送到匹配電路。

　　結(jié)語

　　經(jīng)過調(diào)試，所設(shè)計的 PCB 環(huán)型滅線已經(jīng)可用于所設(shè)計的基于RI—R6c—001A射頻芯片和PICl6F874控制器的閱讀器，對研究 RFID 技術(shù)具有一定的參考價值。