UHF RFID标签天线设计理论研究与应用
系统的工作原理做了详细的描述。天线理论主要介绍了一般天线设计的相关理论，并由此对RFID天线理论做了详细的描述。
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第3章具体应用中UHF RFID标签天线设计方法研究
3.1UHF RFID标签性能影响因素
电子标签是射频识别系统的数据载体，无源电子标签由标签天线和标签芯片组成。如下图3.1和图3.2是Alien9662的标签Inlay以及标签Inlay的横截面图。标签Inlay由芯片、天线和天线基材组成。
图 3.1ALN-9662 标签
图 3.2ALN-9662标签Inlay横截面结构
下图是标签的设计到最终的应用，包括天线设计、天线生产、芯片绑定、封装和应用几个环节。
对于具体应用RFID标签的应用首先是标签天线设计，包括芯片的选型和天下结构的设计，其中芯片的选择需要根据根据具体应用存储的数据选择合适的芯片，根据芯片的参数计算天线的阻抗。
然后将设计好的天线版图进行生产，目前RFID天线制作技术主要有三种：绕线式天线、印刷天线和蚀刻天线。绕线和印刷技术在中国大陆得到了较为广泛的应用，利用线圈绕制法制作RFID标签时，要在一个绕制工具上绕制标签线圈并进行固定，此时要求天线线圈的匝数较多。这种方法用于频率范围在125-134KHz的RFID标签，其缺点是成本高、生产速度慢、生产效率较低；印刷天线是直接用导电油墨（碳浆、铜浆、银浆等）在绝缘基板（或薄膜）上印刷导电线路，形成天线的电路。主要的印刷方法已从只用丝网印刷扩展到胶印、柔性版印刷、凹印等制作方法，较为成熟的制作工艺为网印与凹印技术。其特点是生产速度快，但由于导电油墨形成的电路的电阻较大，它的应用范围受到一定的局限；印制电路的蚀刻技术主要应用于欧洲地区，而在台湾，目前仅少数软性电路板厂有能力运用此技术制造RFID标签天线。蚀刻技术生产的天线可以运用于大量制造高频、超高频频宽的电子标签中，它具有线路精细、电阻率低、耐候性好、信号稳定等优点。
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天线版图生产完成，然后使用导电胶将天线与标签芯片绑定，即一次封装。通过在RFID芯片上制作凸点，基板材料上制作天线，然后封装芯片实现芯片与天线的互联，测试合格即完成RFID标签Inlay，即RFID标签的第一次封装。
标签的封装，即RFID标签的第二次封装，RFID标签需要根据不同的应用，经过层压、冲裁、印刷等二次封装，也就是Inlay的外包装，到此完成最终的RFID标签产品。
将设计的标签贴附到需要设别的物体上，至此RFID标签从设计到应用完成。
图 3.3RFID标签性能影响因素
如图3.3是影响RFID标签性能的主要因素，包括标签芯片性能，标签天线设计特性，天线的基材，标签封装材质、封装形式，标签贴附物体物理特性、形状，标签贴附物体内的物品以及周围的应用环境等方面。
3.1.1天线结构参数
UHF RFID标签天线根据其工作原理分为近场天线和远场天线。UHF射频识别系统中的近场识别技术主要应用于贵重物品如医疗用品、电子产品和珠宝等单品识别领域。表3.1列举了目前市面上典型的几种标签版图并对其进行了分类。
表 3.1常见标签版图
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标签类型极化方向天线类型标签型号ALN-9613标签版图近场-线圈天线XCTF-8009微带贴片天线ALN-9654缝隙天线AD-840ALN-9662线极化远场偶极子天线ALN-9634ALN-9627DogBone圆极化偶极子天线H47 UHF RFID 标签Inlay多数为通用型标签，但对于一些特殊应用：如图书、档案、贵重小物品（珠宝）等，因其对标签尺寸，形状、距离等的特殊要求，需要根据具体的应用来设计标签天线。随着UHF RFID技术在各行业的广泛应用，需要对特殊应用进行标签天线的设计。表3.2是目前几种不用应用的标签天线版图。
表 3.2不同应用的标签天线版图
应用通用型光盘珠宝标签型号ALN-9662ALN-9640XCTF-8114-C04XCTF-8026-C04版图 天线结构参数对标签性能的影响分析以弯折偶极子天线Alien 9662基本近似版图为例，天线版图如图3.4所示。
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图 3.4ALN-9662天线版图
ALN-9662天线结构参数主要包括三个部分：中心环路、辐射面以及弯折偶极子，表3.3列出其主要的结构参数。
表 3.3ALN-9662主要结构参数
天线版图中心环路辐射面弯折辐射面主要结构参数宽度a1、长度b1、线宽k1宽度a2、长度b4弯折次数n、弯折处距中心环路距离b2、弯折处线宽k2、弯折宽度 b3、弯折高度h 中心环路部分是为了调节阻抗匹配，结构为T型匹配结构，主要参数宽度a1、长度b1和线宽k1。目前天线设计采用最多的也是T型匹配。如表3.1中列举的标签版图，ALN-9654、AD-840、ALN-9662、ALN-9634、ALN-9627、NXP DogBone都是采用的T型匹配结构。
当源阻抗与负载阻抗共轭匹配时，可以实现能量的最大传输。对于UHF RFID标签天线设计，芯片的输入阻抗包括实部和虚部，而并非通常的天线输入阻抗为
50?，同时需要满足低成本和小型化的要求，所以UHF RFID标签天线与芯片不能
采用匹配网络而是采用调节标天线签天线结构来实现阻抗匹配。常用的阻抗匹配方法有横条加载26、感性耦合272829、容性耦合30、T型匹配网络31和嵌入缝隙匹配32。
3.1.2天线基材
天线基材即天线的载体，介电常数（?r）与损耗角正切（tan?）是天线基材影响天线性能的两个参数。介电常数即以绝缘材料为介质与以真空为介质制成同尺寸电容器的电容量之比值。表示在单位电场中，单位体积内积蓄的静电能量 的大小。是表征电介质极化并存储电荷的能力。其中介电常数表示电介质材料存储电荷的能力，损耗角正切表示天线受热而产生的能量损失。在进行天线设计时应考虑基材对天线性能的影响。
电磁波在煤质中的传播，其电磁波的工作波长为：
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