無線射頻識(shí)技術(shù)是利用射頻信號(hào)來識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)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(tái)主機(jī)組成,。當(dāng)前,，射頻識(shí)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(duì)于一個(gè)射頻~,nOJIJ(RFID)系統(tǒng)來說，標(biāo)簽天線是一個(gè)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(duì)于RFID系統(tǒng)的作用相當(dāng)于眼睛對(duì)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(jì)中，許多傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)仍然沿用至今,。然而,，隨著對(duì)系統(tǒng)性能要求的不斷擴(kuò)展，天線傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì),、通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、DSP設(shè)計(jì)仿真外,，還可以用于平面結(jié)構(gòu)天線的設(shè)計(jì),。
而用射頻仿真軟件ADS設(shè)計(jì)UHF RFID標(biāo)簽天線和設(shè)計(jì)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(jì)及和其相連的標(biāo)簽芯片阻抗匹配的問題。以下用一個(gè)實(shí)例說明用射頻仿真軟件ADS設(shè)計(jì)UHF RFID標(biāo)簽天線的步驟,。
1 啟動(dòng)ADS軟件,。創(chuàng)建新的工程文件
點(diǎn)擊File一>New Project設(shè)置工程文件名稱及存儲(chǔ)路徑；點(diǎn)擊Length Unit設(shè)置長度單位為毫米,。再新建一個(gè)ADS LAYOUT文件,。
2 在Layout中繪制天線
繪制時(shí)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(jì)一個(gè)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(duì)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(duì)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(diǎn)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(gè)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(jì)采用一個(gè) Internal port配合一個(gè)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(shí)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?cè)贛omentum 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(shí)間的增加為代價(jià)的。有時(shí)不得不以精度的降低換取仿真時(shí)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(gè)對(duì)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(diǎn)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(chǎng)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(diǎn)擊Compute后，得到遠(yuǎn)場(chǎng)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(duì)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(duì)話框 (如圖6),。其中,，Nominal Value是當(dāng)前設(shè)計(jì)中天線w這個(gè)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(gè)值設(shè)置后需要通過手工方式將w這個(gè)尺寸參數(shù)調(diào)整為PerturbeA Value值,，這樣計(jì)算機(jī)才知道是要對(duì)w這個(gè)尺寸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化時(shí)可以對(duì)一個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,，也可以同時(shí)對(duì)多個(gè)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(duì)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(jì)UHF RFID標(biāo)簽天線的步驟和注意事項(xiàng)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(dòng)手實(shí)踐摸索。