引 言

　　天線是一種轉能器。發射時，它把發射機的高頻電流轉化為空間電磁波;接收時，它又把從空間截獲的電磁波轉換為高頻電流送入接收機。對于設計一個應用于射頻識別系統中的小功率、短距離無線收發設備，天線設計是其中的重要部分。良好的天線系統可以使通信距離達到最佳狀態。天線的種類很多，不同的應用需要不同的天線。在小功率、短距離的RFID系統中，需要一個通信可靠、價格低廉的天線系統，PCB環型天線是比較常用的一種。

　　所設計的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，因此在設計中，采用PCB環型天線。PCB環型天線是電小環天線的一種。

　　1 PCB環型天線的設計

　　天線主要是基于TI公司的ASIC設計的，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環型天線。

　　圖2顯示了該矩形環型天線的幾何尺寸。圖中將要在計算中用到的物理參數有以下4個：A1，環型天線寬度(m);A2，環型天線長度(m);B1，環型導體厚度(m);B2，環型導體寬度(m)。

　　對于PCB環型天線，導線厚度B1就是TOP層上銅走線的厚度。在計算天線的參數時，矩形天線可以簡化為一個正方形等效電路模型，而二維平面的環型導體可以等效為圓形截面的導線。由圖2可知，正方形等效電路的邊長為：。這個等效邊長在以后的環面積、感應系數的計算中都要用到。

　　環型導體等效導線截面圓半徑B由下式給出：

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

　　下面分析環型天線的等效電路。

　　環型天線激勵點的電壓和電流通過環的輸入阻抗聯系起來，即V=ZI0。為了評估用于天線諧振的電容Z′IN，環型天線的輸入阻抗必須確定;同樣，為了評估天線效率和輻射阻抗，環型導體內的歐姆損耗和其他歐姆損耗也必須確定下來。在發射模式下，環型天線輸入阻抗的等效電路如圖3所示。

　　環型天線輸入阻抗ZIN可由下式給出：

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

　　輻射電阻為：

　　上面式中：為諧振頻率，RR單位為Ω。

　　環型導體損耗電阻為：

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

　　額外歐姆損耗電阻主要來自電容CP上的等效串聯電阻：

　　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，或通過同軸電纜饋送到天線線圈。圖7為采用50Ω技術的電感耦合式射頻識別系統的電路圖。天線線圈L1在射頻識別系統的工作頻率范圍內表現為阻抗ZL。為了實現與50Ω系統的功率匹配，必須通過無源的匹配電路將此阻抗轉換為50 n，然后通過同軸電纜即可幾乎無損失且無輻射地將此功率從閱讀器末級傳送到匹配電路。

　　結語

　　經過調試，所設計的 PCB 環型滅線已經可用于所設計的基于RI—R6c—001A射頻芯片和PICl6F874控制器的閱讀器，對研究 RFID 技術具有一定的參考價值。