基于感應耦合的UHF寬頻帶電子標簽設計

　　現在根據以上討論，研究寄生單元距饋電點的距離和饋電單元的形狀對天線性能的影響。
2.1 耦合間距對天線性能的影響
　　從以上分析可以看到，根據(8)式，當天線在諧振狀態時，阻抗的實部是只受互感影響的，而互感與寄生單元和饋電單元的間距有關。距離對天線的影響如圖5所示。從圖5(b)可以看到，隨著間距的增加，天線阻抗的實部在減小，而虛部基本保持不變，這一點與理論分析的結果基本相同。

　　對于寄生單元加載技術，寄生單元的電流是由場感應產生的，而且這種單元不與傳輸線相連接。當λ/2的寄生單元為電感性(長度大于諧振長度)時，起反射器的作用；為電容性(長度小于其諧振長度)時，起引向器的作用[8]。下面簡單分析寄生單元對天線的性能影響。
　　記受激單元為1#，寄生單元為2#，則帶有寄生單元的偶極子陣與單獨λ/2偶極子的增益之比為[8]:
　　

　　從(9)式可以看出，如果讓Z₂₂足夠大，即讓寄生單元失諧，則(9)式接近于1，這樣，帶有寄生單元的偶極子陣列將與普通偶極子的輻射場基本相同。從圖5(b)可以看到隨著距離的增大，阻抗的實部減小，從(8)式可以看到，當阻抗的實部減小時，寄生單元的電阻R增大，在其他參數不變的條件下，由(9)式可以看到，隨著間距的增大，輻射方向圖更接近普通偶極子的方向圖。從式(9)也可以看出，寄生單元相對于受激單元的電流幅度及相位關系也依賴于寄生單元的調諧。這也體現在圖4(b)上。盡管天線不具有偶極子的結構，卻具有偶極子的低的方向性。

2.2 饋電單元形狀對天線的影響
　　從(8)式可以看出，饋電單元自身的形狀將影響天線阻抗的虛部。可以推斷，如果改變饋電環的形狀，則會改變天線阻抗的虛部，由于阻抗共軛匹配點并不一定是諧振點，諧振狀態只與阻抗的虛部有關，這樣不難推出，當饋電環的形狀改變時，天線的諧振狀態也會隨之發生變化。而諧振頻點是偏大還是偏小取決于虛部的變化情況。為了排除饋電點的位置對天線性能的影響，這里分別在保持饋電的位置和底邊距離寄生單元的距離不變的狀態下，分別對比了矩形加載、三角形加載和梯形加載對天線性能的影響。
　　三種狀態下的天線模型如圖6所示，仿真分析結果如圖7所示。

　　從圖7可以看到，不同形狀的饋電單元對阻抗的實部影響很小，在915 MHz頻點，阻抗變化在1 Ω左右，而阻抗虛部變化很大，范圍在90～140 Ω之間，由于虛部變化較大，導致諧振頻點偏移。由于標簽芯片對外呈現容性，所以需要標簽天線呈感性來匹配。從圖7(b)可以看到，當采用三角形加載時，阻抗的虛部很小，而諧振頻率是和電感與電容的乘積成反比的。這樣不難分析，當采用三角形加載時，由于阻抗虛部減小，導致諧振頻率偏大。從阻抗匹配的角度來說，阻抗虛部的減小，又使標簽天線與標簽芯片失配，這樣反射系數明顯增大，如圖7(c)所示的S11變化。
　　從以上的仿真結果可以看到，仿真結果與理論分析基本吻合，這也證明了圖2電路近似等效的正確性。此外，通過分析驗證可以發現，這種天線的制作和調諧是非常方便的，而且可以對天線的實部和虛部進行單獨調節。標簽天線樣品在制作調試過程中也驗證了上述分析的有效性。
　　本文設計了一款UHF全頻帶天線，仿真結果表明，在0.82 GHz～1 GHz，VSWR1.2，S₁₁-22 dB時，可以同時滿足中國、歐洲和美國的UHF射頻頻段標準。
　　這種標簽天線是由彎折的感應單元和環狀的饋電單元組成。通過理論分析可以知道，當天線諧振時，天線阻抗的實虛部可以單獨調節。仿真分析的結果與理論分析基本吻合，樣品制作調試的過程也驗證了分析與仿真所呈現出的規律，從而證明了理論分析的正確性。