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　　3 理论分析与仿真

　　标签天线贴于介质表面时等效为PIFA结构，所以该标签天线也满足λ/4谐振条件，其谐振频率fr主要与贴片的长度l和宽度w有关。它们之间的关系可近似表示为：fr=c/[4(l+w)]，其中c表示光速。

　　3.1 天线的阻抗分析

　　常用标签的芯片阻抗通常不是标准的50 Ω，芯片阻抗一般呈容性，为实现芯片与天线的阻抗匹配，通过射频仿真软件HFSS对天线进行了优化。设计中采用的标签芯片阻抗为24-j195 Ω，所以需要匹配的天线的目标阻抗应为24+j195 Ω。天线的阻抗匹配可以通过调整天线的开槽长度来实现，如图4所示为开槽长度w1对天线阻抗的影响。

　　通过对天线阻抗特性进行参数扫描分析可知，w1的变化对天线的阻抗影响较大，当开槽长度w1<34 mm时，阻抗变化比较平缓，整个天线呈感性;当开槽长度继续增加时，天线的实部阻抗会急剧增加，天线表现为容性。通过仿真分析发现，在开槽长度 w1=31mm时，阻抗为11+j19 4Ω，此时与标签芯片的阻抗满足共轭匹配。

　　3.2 金属面大小对天线的影响

　　由于电子标签贴附在有限的金属接地面上，在研究天线的电特性参数时还要考虑接地面的大小对天线实际增益的影响，表1列出了电子标签分别位于金属表面面积为 45 mm×45 mm，100 mm×100 mm，200 mm×200 mm，400 mm×400 mm天线的增益变化情况。

　　表1中数据显示标签在45 mm×45 mm的金属表面工作(相当于标签天线单独工作)时，天线增益较低，只有0.27 dBi。随着金属表面面积的增加，天线的增益也会有所增强，但天线的增益也并不是无限增大的。测试中发现，在金属表面面积增加到一定大小时，天线的辐射方向会发生畸变，使得垂直于辐射面的辐射场减弱，此时天线的增益会有所下降。

　　3.3 介质厚度对天线带宽的影响

　　标签天线的带宽也是衡量天线性能的一个重要指标，频带越宽，天线的效率越高。通过调整介质层的高度h可以有效地改善天线的带宽，当介质层的高度增加时，会使天线的带宽变宽，天线的效率提高，但增加天线的高度会使天线的体积增加，也破坏了天线的低剖面特性，综合以上结论在设计中取h=5 mm。通过仿真分析，在介质高度为h=5 mm时，天线的反射系数在-10 dB以下的带宽为30 MHz(910～940 MHz)，该天线具有良好的频带特性。

　　3.4 介质材料对天线的影响

　　设计中分析了两种常用介质对天线增益的影响，如图5所示为电子标签贴在FR-4(εr=4.4，h=5 mm)上的方向图，金属反射面的大小为400 mm×400 mm，此时天线的增益为2.27 dBi。在垂直天线辐射面的方向，增益最大，图6为标签贴在泡沫介质(εr=1.1，h=5 mm)上的方向图，天线的最大增益为3.92 dBi，但天线的最大增益方向为偏离垂直天线辐射面45°的方向。

关键词： RFID UHF