UHF RFID标签天线设计理论研究与应用
图 3.12ALN-9662天线电流分布
下面对标签天线性能影响的关键参数进行仿真分析，选定分析的参数有中心辐射面长度b4和环路的宽度a1。
改变辐射面长度b4，b4的值从12mm~16mm，变化步长为1mm，天线仿真结果如图3.12和图3.13。仿真结果表明：随着b4的值逐渐增大，中心频点变化明显并向左偏移，即谐振频率逐渐下降，且变化较慢，而回波损耗先减小后增大。天线的阻抗虚部的值随辐射面长度b4值的增大，其值先增大后减小，而阻抗实部逐渐增大。
-10.00XY Plot 1HFSSDesign1Curve InfoANSOFTdB(S(1,1))Setup1 : Sweepb4='12mm'-15.00dB(S(1,1))Setup1 : Sweepb4='13mm'dB(S(1,1))Setup1 : Sweepb4='14mm'-20.00dB(S(1,1))dB(S(1,1))Setup1 : Sweepb4='15mm'dB(S(1,1))Setup1 : Sweepb4='16mm'-25.00-30.00-35.000.800.850.900.951.00Freq [GHz]1.051.101.151.20 图 3.13ALN-9662辐射面长度b4对天线回波损耗的影响
200.00XY Plot 2HFSSDesign1Curve Infoim(Z(1,1))Setup1 : Sweepb4='12mm'im(Z(1,1))Setup1 : Sweepb4='13mm'ANSOFT175.00150.00im(Z(1,1))Setup1 : Sweepb4='14mm'im(Z(1,1))Setup1 : Sweepb4='15mm'im(Z(1,1))Setup1 : Sweepb4='16mm're(Z(1,1))Setup1 : Sweepb4='12mm're(Z(1,1))Setup1 : Sweepb4='13mm're(Z(1,1))Setup1 : Sweepb4='14mm'125.00Y1100.0075.0050.0025.00 0.000.800.850.900.951.00Freq [GHz]1.051.101.151.20 图 3.14ALN-9662辐射面长度b4对天线阻抗的影响
改变辐射面长度b4，天线的H（xy）面增益方向图随着b4的增大，H（xy）面的增益逐渐增大，但变换较慢，天线的E(xz)面增益方向图几乎没有变换。其仿真结果见图3.14和图3.15。
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图 3.15ALN-9662辐射面长度b4对H面方向图影响
图 3.16ALN-9662辐射面长度b4对E面方向图影响
改变中心环路宽度a1，其值变化范围为5.5mm~7.5mm，变化步长为0.5mm，天线仿真结果如下：
回波损耗仿真结果（见图3.16）表明：随着中心环路宽度a1的增大，天线的谐振频率逐渐减小，但变化幅度不大，回波损耗变化较大且逐渐减小。阻抗（仿真结果见图3.17）随着中心环路宽度a1的增大，阻抗实部和阻抗虚部同时增大。
-10.00XY Plot 1HFSSDesign1Curve InfoANSOFT-15.00dB(S(1,1))Setup1 : Sweepa1='5.5mm'dB(S(1,1))Setup1 : Sweepa1='6mm'dB(S(1,1))Setup1 : Sweepa1='6.5mm'dB(S(1,1))Setup1 : Sweepa1='7mm'dB(S(1,1))Setup1 : Sweepa1='7.5mm'-20.00-25.00dB(S(1,1))-30.00-35.00-40.00-45.00-50.000.800.850.900.951.00Freq [GHz]1.051.101.151.20 图 3.17ALN-9662中心环路宽度a1对回波损耗的影响
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XY Plot 2HFSSDesign1Curve Infoim(Z(1,1))Setup1 : Sweepa1='5.5mm'im(Z(1,1))Setup1 : Sweepa1='6mm'im(Z(1,1))Setup1 : Sweepa1='6.5mm'im(Z(1,1))Setup1 : Sweepa1='7mm'im(Z(1,1))Setup1 : Sweepa1='7.5mm're(Z(1,1))Setup1 : Sweepa1='5.5mm're(Z(1,1))Setup1 : Sweepa1='6mm'ANSOFT225.00200.00175.00150.00125.00Y1100.0075.0050.0025.00 0.000.800.850.900.951.00Freq [GHz]1.051.101.151.20 图 3.18ALN-9662中心环路宽度a1对天线阻抗的影响
改变中心环路宽度a1，天线的H（xy）面增益方向图随着a1的增大，H（xy）面的增益有小幅变换，天线的E(xz)面增益方向图几乎没有变换。
图 3.19ALN-9662中心环路宽度a1对H面方向图的影响
图 3.20ALN-9662中心环路宽度a1对E面方向图的影响
3.2.2天线基材对天线性能的影响
以上都是标签天线基于自由空间的仿真与分析结果，而天线的生产都会有天线载体，即天线基材，常见的天线基材有PET、FR4，下面对同一标签天线不同基材进行仿真分析分析，其回波损耗的仿真结果如图3.20、图3.21和图3.22。
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-12.50XY Plot 1HFSSDesign1Curve InfoANSOFT-15.00dB(S(1,1))Setup1 : Sweep-17.50-20.00dB(S(1,1))-22.50-25.00-27.50-30.00NameXYm1-32.50m10.9910-33.5464-35.000.800.850.900.951.00Freq [GHz]1.051.101.151.20 图 3.21ALN-9662无基材时天线的回波损耗
-12.50XY Plot 1HFSSDesign1Curve InfoANSOFTdB(S(1,1))Setup1 : Sweep-18.75dB(S(1,1))-25.00-31.25Namem1X0.9150Y-35.8384m1-37.500.800.850.900.951.00Freq [GHz]1.051.101.151.20 图 3.22ALN-9662基材为PET时天线的回波损耗
-12.50XY Plot 1HFSSDesign1Curve InfoANSOFTdB(S(1,1))Setup1 : Sweep-15.00-17.50-20.00dB(S(1,1))-22.50-25.00-27.50-30.00-32.50Namem1X0.8980Y-34.4553m1-35.000.800.850.900.951.00Freq [GHz]1.051.101.151.20 图 3.23ALN-9662基材为FR4时天线的回波损耗
从以上三个回波损耗的仿真结果可以看出天线基材对标签天线的性能产生影响，特别是对天线中心频点的影响，在没有加基材的情况下的回波损耗仿真结果，可以看出中心频点在991MHz，当天线基材为PET时天线的中心频点为915MHz，当天线基材为PCB基材（FR4）时，天线中心频点为898MHz，因此天线基材不
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同，天线的谐振频率会产生一定的偏移。
3.2.3应用环境对天线性能的影响
下面分析环境因素对标签性能的影响，假设标签（PET基材）直接贴于金属铁表面，铁的大小为76mm*20.5mm*2mm，位于标签下方，仿真建模如图3.23。
图 3.24金属环境下ALN-9662天线建模
对以上天线进行仿真，仿真结果如下：
回波损耗仿真结果表明（见图3.24）：标签直接贴于金属表面，天线的中心频点发生较大的偏移，从915MHz漂移到1.2GHz，再无金属干扰时，当S11＜10dB时，带宽达到频段860MHz~960MHz，而有金属干扰时，只有820MHz~960MHz。
-5.00XY Plot 1HFSSDesign1Curve InfoANSOFTdB(S(1,1))Setup1 : Sweep-10.00-15.00dB(S(1,1))-20.00-25.00-30.00NameXYm11.2020-31.2237m1-35.000.800.901.001.10Freq [GHz]1.201.301.401.50 图 3.25标签直接贴于金属（铁）表面的回波损耗
增益方向图如图3.25和图3.26，其中图3.25为915MHz时天线的三维增益方向图，天线的方向特性发生很大变化且天线最大增益值明显减小。图3.26（a）和图3.26（b）为频率在915MHz时天线的二维增益方向图，其中3.26（a）为H面方向图，图3.26（b）为E面方向图，从仿真结果可以可以得到天线的H面方向图呈半球形状，E面为不规则八字形状，则标签在有金属干扰的一侧几乎无法读取。
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