基于ADS设计UHF RFID标签天线

2011-06-10 14:18:24来源: 互联网

  无线射频识技术是利用射频信号来识别物体的自动识别技术.RFID系统由电子标签(包括芯片和标签天线)、阅读器(含阅读器天线)和后台主机组成。当前,射频识别工作频率包括频率为低频(125KHz、134KHz)、高频频段(13.56MHz)、UHF超高频段(860~960MHz)和 2.45GHz以上的微波频段等。

  对于一个射频~,nOJIJ(RFID)系统来说,标签天线是一个重要的元件之一,它在标签与阅读器数据通信中起着关键作用。标签天线对于RFID系统的作用相当于眼睛对于人类的作用一样。在常见UHF RFID标签天线中,平面结构的天线占了相当大的比例,例如,微带天线、缝隙天线等。在平面结构天线的设计中,许多传统的设计技术仍然沿用至今。然而,随着对系统性能要求的不断扩展,天线传统的设计技术已经面临许多的问题和挑战。

  由美国Agilent公司推出的射频仿真软件 ADS fAdvanced DesignSystem1软件是在HP EESOF系列EDA软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件。它功能强大、简明直观且应用范围较广,除了可以应用于射频和微波电路的设计、通信系统的设计、DSP设计仿真外,还可以用于平面结构天线的设计。

  而用射频仿真软件ADS设计UHF RFID标签天线和设计普通的平面结构天线又在某些方面有所不同,为了达到以最大功率传输,需要综合考虑天线设计及和其相连的标签芯片阻抗匹配的问题。以下用一个实例说明用射频仿真软件ADS设计UHF RFID标签天线的步骤。

  1 启动ADS软件。创建新的工程文件

  点击File一>New Project设置工程文件名称及存储路径;点击Length Unit设置长度单位为毫米。再新建一个ADS LAYOUT文件。

  2 在Layout中绘制天线

  绘制时要考虑到是单面还是双面天线。

  3 通过层定义设置标签天线所用的材料特性等

  这里我们以设计一个采用FR4单面板的标签天线为例。要分别设置Substrate Layer(介质层)和Metallization Layer(金属层)。

  3.1 Substrate Layer(介质层)的设置

  从主菜单开始通过以下方法Momentum=>substrate=>create/M0d ,

  进入Substrate Layer层定义对话窗口。这里我们将所需要的天线的层结构设置成如图1所示。可见采用了普通FR4板材(介电常数约4.6),损耗正切Loss Tangent为0.018,板厚1.5mm。

  3.2 Metallization Layer(金属层)的设置

  从主菜单开始通过以下方法Momentum =>Substrate=>Create/Modify,进入Metallization Layer层定义对话窗口(如图2)。这里作如下设置:在Conductivity中填电导率,Thickness中填金属厚度。其中铜的电导率为5.78E+OO6,厚度为 0.035ram。在这些都设置结束以后点击Apply和OK就可以了。

  4 端口定义

  标签天线的端口阻抗设置和普通天线端口阻抗不同,不是常见的50tq或750,要和其相连的标签芯片阻抗匹配。在ADS中,先选中加两个Port。再用鼠标选中端口,由Momentum =>Port Editor,进行编辑。

  由于在前面的层定义中取消了GND,所以不能定义Single Port(Not Available),所以本设计采用一个 Internal port配合一个Ground Reference Port的方案。在Port 2的设置中,Associate with port number中,写入1,表示Port2是Portl的参考地。在Port1的Real和 Imaginary中填人端口的阻抗参数值(注意要和其相连的标签芯片阻抗匹配。这里我们用的是TI公司的RI—UHF-STRAP一08芯片,频率为 915 MHz时的芯片阻抗为9.9-j60.53欧姆),如图3


5 剖分网格Mesh和S 参数仿真的设置

  我们在Momentum 仿真前,在 Momentum =>Mesh=>setuD中设置剖分网格Mesh,Mesh的设置决定了仿真的精度。通常,Mesh Frequency和Numb er of Cells Per Wavelength越大,精度越高。但是这是以仿真时间的增加为代价的。有时不得不以精度的降低换取仿真时间的减小。

  在本例中,我们采用Mesh的默认值,即:Mesh Frequency为后面S 仿真中的频率上限值990MHz,Numb er of Cells Per Wavelength为2O。再选择主菜单Momentum中的 Simulation—s parameters,出现一个对话框对S参数仿真进行设置,如图4。在Sweep Type中可以选择,然后点击 update及Simulate,开始仿真,即得到s参数仿真结果。


图4 S参数仿真设置


6 观察天线的增益、效率等

  为了观察看远场2D辐射图,ADS要在Momentum=>Post—Pmcessing=>Radiation Pattern中做如图 5设置,这里要将频率设置为天线中心谐振频率。点击Compute后,得到远场2D辐射图或3D辐射图。从中可看出天线极化特性、天线增益、天线效率、方向图等。

  7 天线参数的优化


图5 Radimion Pattern 中的设置


图6优化尺寸参数设置
  如果得到仿真结果不理想,可以使用ADS Layout中的optimization,完成对于天线的优化。

  我们从主菜单开始通过以下方法Momentum一>Optimization一>parameters,进入优化天线尺寸参数设置对话框 (如图6)。其中,Nominal Value是当前设计中天线w这个尺寸参数大小,Perturbed Value是接下来要调整到的目标尺寸值,这两个值设置后需要通过手工方式将w这个尺寸参数调整为PerturbeA Value值,这样计算机才知道是要对w这个尺寸参数进行优化。优化时可以对一个参数进行优化,也可以同时对多个参数进行优化。

  设置完优化天线尺寸参数后,再进入Momentum一>Optimization一>Goal,设置优化的目标,优化的目标主要是S11,S21参数,不可以对介电常数、介质板厚度等参数进行优化。通过进行一系列参数的优化,可得到最理想的结果。最后结果如图 7。


图7最后优化结果


  采用射频仿真软件ADS设计UHF RFID标签天线的步骤和注意事项大体如上,由于篇幅有限,有些并没深入展开,许多还要自己动手实践摸索。

关键字:基于ADS设计UHF  RFID标签天线

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2011/0610/article_6139.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
基于ADS设计UHF
RFID标签天线

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved