無線射頻識技術(shù)是利用射頻信號來識別物體的自動識別技術(shù)．RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽(包括芯片和標(biāo)簽天線),、閱讀器(含閱讀器天線)和后臺主機(jī)組成,。當(dāng)前，射頻識別工作頻率包括頻率為低頻(125KHz,、134KHz),、高頻頻段(13．56MHz),、UHF超高頻段(860～960MHz)和 2．45GHz以上的微波頻段等。
對于一個射頻~,nOJIJ(RFID)系統(tǒng)來說,，標(biāo)簽天線是一個重要的元件之一， 它在標(biāo)簽與閱讀器數(shù)據(jù)通信中起著關(guān)鍵作用,。標(biāo)簽天線對于RFID系統(tǒng)的作用相當(dāng)于眼睛對于人類的作用一樣,。在常見UHF RFID標(biāo)簽天線中，平面結(jié)構(gòu)的天線占了相當(dāng)大的比例,，例如,，微帶天線、縫隙天線等,。在平面結(jié)構(gòu)天線的設(shè)計中,，許多傳統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)仍然沿用至今。然而,，隨著對系統(tǒng)性能要求的不斷擴(kuò)展,，天線傳統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)已經(jīng)面臨許多的問題和挑戰(zhàn)。
由美國Agilent公司推出的射頻仿真軟件 ADS fAdvanced DesignSystem1軟件是在HP EESOF系列EDA軟件基礎(chǔ)上發(fā)展完善起來的大型綜合設(shè)計軟件,。它功能強(qiáng)大,、簡明直觀且應(yīng)用范圍較廣，除了可以應(yīng)用于射頻和微波電路的設(shè)計,、通信系統(tǒng)的設(shè)計,、DSP設(shè)計仿真外，還可以用于平面結(jié)構(gòu)天線的設(shè)計,。
而用射頻仿真軟件ADS設(shè)計UHF RFID標(biāo)簽天線和設(shè)計普通的平面結(jié)構(gòu)天線又在某些方面有所不同,，為了達(dá)到以最大功率傳輸，需要綜合考慮天線設(shè)計及和其相連的標(biāo)簽芯片阻抗匹配的問題,。以下用一個實例說明用射頻仿真軟件ADS設(shè)計UHF RFID標(biāo)簽天線的步驟,。
1 啟動ADS軟件。創(chuàng)建新的工程文件
點擊File一>New Project設(shè)置工程文件名稱及存儲路徑,；點擊Length Unit設(shè)置長度單位為毫米,。再新建一個ADS LAYOUT文件。
2 在Layout中繪制天線
繪制時要考慮到是單面還是雙面天線,。
3 通過層定義設(shè)置標(biāo)簽天線所用的材料特性等
這里我們以設(shè)計一個采用FR4單面板的標(biāo)簽天線為例,。要分別設(shè)置Substrate Layer(介質(zhì)層)和Metallization Layer(金屬層)。
3．1 Substrate Layer(介質(zhì)層)的設(shè)置
從主菜單開始通過以下方法Momentum=>substrate=>create／M0d ,，
進(jìn)入Substrate Layer層定義對話窗口,。這里我們將所需要的天線的層結(jié)構(gòu)設(shè)置成如圖1所示?？梢姴捎昧似胀‵R4板材(介電常數(shù)約4．6),，損耗正切Loss Tangent為0．018,，板厚1．5mm。
3．2 Metallization Layer(金屬層)的設(shè)置
從主菜單開始通過以下方法Momentum =>Substrate=>Create／Modify,，進(jìn)入Metallization Layer層定義對話窗口(如圖2),。這里作如下設(shè)置：在Conductivity中填電導(dǎo)率，Thickness中填金屬厚度,。其中銅的電導(dǎo)率為5．78E+OO6,，厚度為 0．035ram。在這些都設(shè)置結(jié)束以后點擊Apply和OK就可以了,。
4 端口定義
標(biāo)簽天線的端口阻抗設(shè)置和普通天線端口阻抗不同,，不是常見的50tq或750，要和其相連的標(biāo)簽芯片阻抗匹配,。在ADS中,，先選中 加兩個Port。再用鼠標(biāo)選中端口,，由Momentum =>Port Editor,，進(jìn)行編輯。
由于在前面的層定義中取消了GND,，所以不能定義Single Port(Not Available),，所以本設(shè)計采用一個 Internal port配合一個Ground Reference Port的方案。在Port 2的設(shè)置中,，Associate with port number中,，寫入1，表示Port2是Portl的參考地,。在Port1的Real和 Imaginary中填人端口的阻抗參數(shù)值(注意要和其相連的標(biāo)簽芯片阻抗匹配,。這里我們用的是TI公司的RI—UHF-STRAP一08芯片，頻率為 915 MHz時的芯片阻抗為9．9-j60．53歐姆),，如圖3
5 剖分網(wǎng)格Mesh和S 參數(shù)仿真的設(shè)置
我們在Momentum 仿真前,，在 Momentum =>Mesh=>setuD中設(shè)置剖分網(wǎng)格Mesh，Mesh的設(shè)置決定了仿真的精度,。通常,，Mesh Frequency和Numb er of Cells Per Wavelength越大，精度越高,。但是這是以仿真時間的增加為代價的,。有時不得不以精度的降低換取仿真時間的減小。
在本例中,，我們采用Mesh的默認(rèn)值,，即：Mesh Frequency為后面S 仿真中的頻率上限值990MHz，Numb er of Cells Per Wavelength為2O,。再選擇主菜單Momentum中的 Simulation—s parameters,，出現(xiàn)一個對話框?qū)參數(shù)仿真進(jìn)行設(shè)置,，如圖4。在Sweep Type中可以選擇,，然后點擊 update及Simulate,，開始仿真，即得到s參數(shù)仿真結(jié)果,。
圖4 S參數(shù)仿真設(shè)置
6 觀察天線的增益,、效率等
為了觀察看遠(yuǎn)場2D輻射圖，ADS要在Momentum=>Post—Pmcessing=>Radiation Pattern中做如圖 5設(shè)置,，這里要將頻率設(shè)置為天線中心諧振頻率。點擊Compute后,，得到遠(yuǎn)場2D輻射圖或3D輻射圖,。從中可看出天線極化特性、天線增益,、天線效率,、方向圖等。
7 天線參數(shù)的優(yōu)化
圖5 Radimion Pattern 中的設(shè)置
圖6優(yōu)化尺寸參數(shù)設(shè)置
如果得到仿真結(jié)果不理想,，可以使用ADS Layout中的optimization,，完成對于天線的優(yōu)化。
我們從主菜單開始通過以下方法Momentum一>Optimization一>parameters,，進(jìn)入優(yōu)化天線尺寸參數(shù)設(shè)置對話框 (如圖6),。其中，Nominal Value是當(dāng)前設(shè)計中天線w這個尺寸參數(shù)大小,，Perturbed Value是接下來要調(diào)整到的目標(biāo)尺寸值,，這兩個值設(shè)置后需要通過手工方式將w這個尺寸參數(shù)調(diào)整為PerturbeA Value值，這樣計算機(jī)才知道是要對w這個尺寸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,。優(yōu)化時可以對一個參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,，也可以同時對多個參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
設(shè)置完優(yōu)化天線尺寸參數(shù)后,，再進(jìn)入Momentum一>Optimization一>Goal,，設(shè)置優(yōu)化的目標(biāo)，優(yōu)化的目標(biāo)主要是S11,S21參數(shù),，不可以對介電常數(shù),、介質(zhì)板厚度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過進(jìn)行一系列參數(shù)的優(yōu)化,，可得到最理想的結(jié)果,。最后結(jié)果如圖 7。
圖7最后優(yōu)化結(jié)果
采用射頻仿真軟件ADS設(shè)計UHF RFID標(biāo)簽天線的步驟和注意事項大體如上,，由于篇幅有限,，有些并沒深入展開,，許多還要自己動手實踐摸索。