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研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用
中国设备工程 2020.09 (上)
微波频段的RFID 技术是如今的研究热点，由于电子标签有着需要便于携带的特性，这使得它的设计成为难点。因此，对微波频段的电子标签进行研究是十分有必要的。由于微带天线制作方便，并且在无线通信领域中应用广泛，本文将围绕如何实现微带天线的小型化进行设计，天线的尺寸参数设计好后， 需要对天线的尺寸参数进行优化，本文以S 参数为优化目标，采用粒子算法进行优化，优化后的天线参数完全符合预期目标。 1 微带天线小型化的实现 1.1 微带天线简介
微带天线一般是由介质基片、辐射贴片和接地板平面层层叠加而成，它一般采用微带线或者同轴线进行馈电，辐射贴片和接地板平面之间激发出电磁场，并通过辐射贴片和接地板平面之间的缝隙向外辐射。1.2 小型化实现通用方法 1.2.1 增加介电常数 微带天线通常都是半波长辐射结构，矩 形微带天线的高度远远大于介质基片的厚度， 其谐振频率的计算公式可
由下式得出：
式中，由于c 是常量，L和ελ微带天线的谐振频率成反比，因此，通常采用较大的介电常数或高磁导率的基片来减小天线的尺寸，但是，介电常数较高的材料成本较高。1.2.2 天线加载
微波天线的主要加载方法是欧姆加载和短路负载。对于短路加载，通常有三种选择：短路面负载、短路片负载和短路探针负载，如图1
所示。
图1 微波天线的主要加载方式
这项技术是通过加载方式来改变相应的位置上的天线的电流分布，然而，这样的方法也存在几点不足：馈电点和短路探针的定位有微小的改变，即会造成严重的阻抗失配；带
基于粒子算法的RFID 天线优化设计
左右宇
（广东电网有限责任公司计量中心，广东 广州 510080）
摘要：本文设计了一款中心频率是2.45GHz 的微波频段标签天线，通过对天线的弯折处理，实现标签天线的小型化；利用HFSS- MATLAB-API 接口程序，实现了HFSS 软件和MATLAB 软件的联调，采用粒子算法对天线进行优化，最终得出了天线的最优尺寸。
关键词：小型化标签天线；粒子算法优化；联合仿真
中图分类号：TN 822 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）09（上）-0114-03
宽变窄。把短路探针换为切片电阻或切片电容，也会造成一定尺寸的减少。1.2.3 曲流技术
曲流技术就是弯折辐射贴片，通过改变天线的尺寸和形状，使得天线边缘的表面电流流向发生变化，电流流过天线的长度远远大于天线的实际长度，由式（1）可得，可以减小天线的尺寸。1.2.4 附加有源网络
天线的尺寸减小了，导致整体的辐射电阻也相应减小，天线效率也降低，经过研究，附加有源网络可以在减小尺寸的同时，避免增益的损耗。
有源天线的优势如下：（1）易于实现阻抗匹配；（2）具有良好的带宽高低频比(通常20～30)，可以使得工作频带展宽；（3）易于实现天线方向图，包括主波瓣的方向、宽度、前后辐射比和其他电子控制；（4）增益高，方向性良好。然而，对于有源天线阵列，存在电源连接不良和非线性失真的风险，并且需要考虑噪声问题。2 模型建立
本文是利用曲流技术实现微带天线的小型化。通过弯折辐射贴片，天线的尺寸缩小，标签天线的结构示意图如图2
。
图2 标签天线的结构示意图
标签天线的初次弯折尺寸如表1所示。
表1 弯折天线对应尺寸
a
b c w 3mm
5mm
15mm
2mm
经过仿真分析，天线的S 参数如图3，中心频率为 2.5GHz，预期不符合，通过扫描参数发现，改变天线的阻抗匹配长度a ，天线壁宽度b 和天线弯折壁间距c 可以改变天线中心频率，通过改变a、b 和c 三者之间的数值关系，可以寻到2.45GHz 附近的频率点。
