引言

　　超高頻（UHF）頻段的射頻識(shí)別（RFID）近場(chǎng)讀寫(xiě)器天線(xiàn)（NFRA）由于其在單品識(shí)別方面應(yīng)用的潛力[1],，對(duì)環(huán)境的不敏感性和比HF 天線(xiàn)更高的讀寫(xiě)速度，正引起多方面的關(guān)注,。UHF 頻段的 NFRA 通常采用帶有平衡端口的電大環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn),。

　　對(duì)于 NFRA 來(lái)說(shuō)，良好的匹配網(wǎng)絡(luò)是至關(guān)重要的[2,3],。通常UHF 頻段的NFRA 天線(xiàn)都被設(shè)計(jì)成安裝在金屬腔體里來(lái)減小環(huán)境對(duì)天線(xiàn)性能的影響,，如圖1 所示。但是由于金屬腔體的存在,，天線(xiàn)的阻抗會(huì)隨頻率的變化而劇烈變化,，這將導(dǎo)致在仿真軟件中得到的阻抗值不夠精確，在此不精確的阻抗基礎(chǔ)上很難設(shè)計(jì)出性能良好的匹配網(wǎng)絡(luò),。通常,，我們將NFRA 的設(shè)計(jì)分成3 個(gè)步驟：

　　1． 首先是環(huán)天線(xiàn)的設(shè)計(jì)和加工；
        2． 第二步是環(huán)天線(xiàn)阻抗的測(cè)量,；
        3． 第三部是匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)以及匹配網(wǎng)絡(luò)和環(huán)天線(xiàn)的聯(lián)合仿真在這篇文章中，我們針對(duì)步驟2 設(shè)計(jì)了一種聯(lián)合使用同軸線(xiàn)和de-embedding 技術(shù)來(lái)得出天線(xiàn)精確阻抗的方法,。在這種方法得到的阻抗的基礎(chǔ)上,，來(lái)完成匹配網(wǎng)絡(luò)和NFRA 天線(xiàn)的設(shè)計(jì)制作。

圖 1 UHF RFID 近場(chǎng)讀寫(xiě)器天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)
      1測(cè)量方法

　　一般的,，帶有平衡端口的天線(xiàn),，尤其是像圖2 中的電小天線(xiàn)，都需要使用巴倫[4],，巴倫的作用是完成平衡端口到非平衡端口的轉(zhuǎn)換,。通常會(huì)在同軸線(xiàn)和天線(xiàn)結(jié)構(gòu)之間使用一個(gè)1:1的巴倫來(lái)抑制同軸線(xiàn)上共模電流的影響，完成轉(zhuǎn)換,。

圖 2 帶有平衡端口的電小天線(xiàn)的阻抗測(cè)量
然而,，對(duì)于一個(gè)電大尺寸的平衡端口天線(xiàn)，同軸線(xiàn)上的共模電流可以忽略,，同軸線(xiàn)可以直接的連接到天線(xiàn)上進(jìn)行測(cè)量,，如圖3。

圖 3 帶有平衡端口的電大天線(xiàn)的阻抗測(cè)量
在UHF 頻段,，空氣中的波長(zhǎng)大約是33cm,，比一般的NFRA 的尺寸要小,。我們以一個(gè)歐洲頻段標(biāo)準(zhǔn)（865MHz-868MHz）的NFRA 為例來(lái)闡述阻抗的測(cè)量方法。圖4 給出了這款天線(xiàn)的簡(jiǎn)化的模型,，可以看出天線(xiàn)是一個(gè)橢圓形的環(huán)狀結(jié)構(gòu),，周42cm，遠(yuǎn)比866MHz 時(shí)的波長(zhǎng)要長(zhǎng),。我們?cè)跍y(cè)量是可以不通過(guò)巴倫而直接把端口和同軸線(xiàn)相連,。

圖 4 歐洲頻段標(biāo)準(zhǔn)的NFRA 簡(jiǎn)化模型
圖 5 是這款天線(xiàn)加工實(shí)物的阻抗測(cè)量照片，可以看出天線(xiàn)直接外接出一根長(zhǎng)為l 的同軸線(xiàn)和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀相連接,。表格I 給出了天線(xiàn)測(cè)量時(shí)的主要尺寸,。

　　2 De-embedding 技術(shù)

　　通過(guò)第一節(jié)的方法，可以得出帶有同軸線(xiàn)參數(shù)的NFRA 回波損耗參數(shù),。De-embedding技術(shù)就是用來(lái)消除同軸線(xiàn)參數(shù)的影響得到NFRA 真實(shí)阻抗的一種技術(shù)[5,6],。圖6 給出了使用De-embedding 技術(shù)測(cè)量的等效電路模型，其中,，同軸線(xiàn)被一段長(zhǎng)為l 的傳輸線(xiàn)等效

　　3 測(cè)量結(jié)果

圖 7 給出的是沒(méi)有添加匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí)的S 參數(shù)的測(cè)量值和仿真結(jié)果的比較,，可以看出測(cè)量的結(jié)果和使用HFSS 軟件得到的仿真結(jié)果基本吻合。仿真結(jié)果的回波損耗在
865MHz-868MHz 很小,，這將會(huì)導(dǎo)致仿真的阻抗值的不精確,。可以看出,，在865MHz-868MHz,，
仿真得出的回波損耗為0.88dB 而測(cè)量得出的回波損耗為1.3dB.

圖 7 沒(méi)有添加匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí)仿真和測(cè)量S 參數(shù)的比較
圖 8 中我們比較了仿真和測(cè)量的阻抗值。從阻抗比較的小比例圖可以看出,，天線(xiàn)的阻抗隨著頻率變化劇烈,，這意味著匹配后天線(xiàn)的帶寬很窄。在 866MHz,，仿真得到的阻抗值為366.9+j467.03(Ohm),，而de-embedding 后測(cè)量得到的阻抗值為 460.8+j309(Ohm)，二者的Q值相差了0.6 左右,。對(duì)于窄帶的匹配,，任何Q 值的微小差異都會(huì)導(dǎo)致匹配的失敗，所以精確的阻抗測(cè)量對(duì)于匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要,。這也是我們要對(duì)天線(xiàn)測(cè)量進(jìn)行de-embedding 技術(shù)處理原因,。

圖8 仿真和測(cè)量的阻抗比較（a）電阻值的比較（b）電抗值的比較
基于在 866MHz 測(cè)量得到的阻抗值，我們可以設(shè)計(jì)出匹配網(wǎng)絡(luò),。圖9 給出了添加了設(shè)計(jì)的匹配網(wǎng)絡(luò)后NFRA 的S 參數(shù)的仿真和測(cè)量值的比較,。可以看出,，仿真得到的帶寬為

圖 9 添加了匹配網(wǎng)絡(luò)后NFRA 的S 參數(shù)的仿真和測(cè)量值的比較

        4 結(jié)論

　　以一款設(shè)計(jì)好的 NFRA 為例,，闡述了一種低損耗的阻抗測(cè)量方法,。通過(guò)聯(lián)合測(cè)量和de-embedding 技術(shù)，得到了天線(xiàn)阻抗的精確值,。在得到的測(cè)量阻抗的基礎(chǔ)上,，設(shè)計(jì)出了性能良好的匹配網(wǎng)絡(luò)，匹配后的NFRA 的S 參數(shù)仿真值和測(cè)量值吻合良好,，證明了這種方法的有效性和精確性,。