引 言

　　天線是一種轉(zhuǎn)能器。發(fā)射時(shí)，它把發(fā)射機(jī)的高頻電流轉(zhuǎn)化為空間電磁波;接收時(shí)，它又把從空間截獲的電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流送入接收機(jī)。對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用于射頻識(shí)別系統(tǒng)中的小功率、短距離無(wú)線收發(fā)設(shè)備，天線設(shè)計(jì)是其中的重要部分。良好的天線系統(tǒng)可以使通信距離達(dá)到最佳狀態(tài)。天線的種類很多，不同的應(yīng)用需要不同的天線。在小功率、短距離的RFID系統(tǒng)中，需要一個(gè)通信可靠、價(jià)格低廉的天線系統(tǒng)，PCB環(huán)型天線是比較常用的一種。

　　所設(shè)計(jì)的RFID閱讀器使用的射頻芯片是RI-R6C-001A。由于該芯片要求的天線阻抗為50 Ω，工作于13，56 MHz，因此在設(shè)計(jì)中，采用PCB環(huán)型天線。PCB環(huán)型天線是電小環(huán)天線的一種。

　　1 PCB環(huán)型天線的設(shè)計(jì)

　　天線主要是基于TI公司的ASIC設(shè)計(jì)的，用于200mW的低功率閱讀器，適合于所選的射頻芯片。圖1是制作的PCB環(huán)型天線。

　　圖2顯示了該矩形環(huán)型天線的幾何尺寸。圖中將要在計(jì)算中用到的物理參數(shù)有以下4個(gè)：A1，環(huán)型天線寬度(m);A2，環(huán)型天線長(zhǎng)度(m);B1，環(huán)型導(dǎo)體厚度(m);B2，環(huán)型導(dǎo)體寬度(m)。

　　對(duì)于PCB環(huán)型天線，導(dǎo)線厚度B1就是TOP層上銅走線的厚度。在計(jì)算天線的參數(shù)時(shí)，矩形天線可以簡(jiǎn)化為一個(gè)正方形等效電路模型，而二維平面的環(huán)型導(dǎo)體可以等效為圓形截面的導(dǎo)線。由圖2可知，正方形等效電路的邊長(zhǎng)為：。這個(gè)等效邊長(zhǎng)在以后的環(huán)面積、感應(yīng)系數(shù)的計(jì)算中都要用到。

　　環(huán)型導(dǎo)體等效導(dǎo)線截面圓半徑B由下式給出：

　　在靜電學(xué)上，等效圓導(dǎo)線半徑表示該半徑下的圓導(dǎo)線所具有的電容與截面是非圓形導(dǎo)體所具有的電容相等。

　　下面分析環(huán)型天線的等效電路。

　　環(huán)型天線激勵(lì)點(diǎn)的電壓和電流通過(guò)環(huán)的輸入阻抗聯(lián)系起來(lái)，即V=ZI0。為了評(píng)估用于天線諧振的電容Z′IN，環(huán)型天線的輸入阻抗必須確定;同樣，為了評(píng)估天線效率和輻射阻抗，環(huán)型導(dǎo)體內(nèi)的歐姆損耗和其他歐姆損耗也必須確定下來(lái)。在發(fā)射模式下，環(huán)型天線輸入阻抗的等效電路如圖3所示。

　　環(huán)型天線輸入阻抗ZIN可由下式給出：

　　式中：RR為輻射電阻;RL為環(huán)型導(dǎo)體損耗電阻;RX為額外歐姆損耗電阻;LA為環(huán)型天線電感;L1為環(huán)型導(dǎo)體電感。

　　輻射電阻為：

　　上面式中：為諧振頻率，RR單位為Ω。

　　環(huán)型導(dǎo)體損耗電阻為：

　　式中：l為金屬環(huán)形導(dǎo)體長(zhǎng)度，p為環(huán)形導(dǎo)體交叉部分的周長(zhǎng)，RS為導(dǎo)體表面電阻，μ0為4π×10-7H/m;Σ為導(dǎo)體電導(dǎo)率;R1單位為Ω。

　　額外歐姆損耗電阻主要來(lái)自電容CP上的等效串聯(lián)電阻：

　　式中：RX的單位為Ω。

　　匹配將天線線圈直接連接到功率輸出級(jí)，或通過(guò)同軸電纜饋送到天線線圈。圖7為采用50Ω技術(shù)的電感耦合式射頻識(shí)別系統(tǒng)的電路圖。天線線圈L1在射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)為阻抗ZL。為了實(shí)現(xiàn)與50Ω系統(tǒng)的功率匹配，必須通過(guò)無(wú)源的匹配電路將此阻抗轉(zhuǎn)換為50 n，然后通過(guò)同軸電纜即可幾乎無(wú)損失且無(wú)輻射地將此功率從閱讀器末級(jí)傳送到匹配電路。

　　結(jié)語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)調(diào)試，所設(shè)計(jì)的 PCB 環(huán)型滅線已經(jīng)可用于所設(shè)計(jì)的基于RI—R6c—001A射頻芯片和PICl6F874控制器的閱讀器，對(duì)研究 RFID 技術(shù)具有一定的參考價(jià)值。