基于ADS設(shè)計(jì)UHF RFID標(biāo)簽天線

1、    基于ADS設(shè)計(jì)UHF RFID標(biāo)簽天線摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte無線射頻識技術(shù)是利用射頻信號來識別物體的自動識別技術(shù)RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽(包

2、括芯片和標(biāo)簽天線)、閱讀器(含閱讀器天線)和后臺主機(jī)組成。當(dāng)前，射頻識別工作頻率包括頻率為低頻(125KHz、134KHz)、高頻頻段(1356MHz)、UHF超高頻段(860960MHz)和 245GHz以上的微波頻段等。對于一個(gè)射頻,nOJIJ(RFID)系統(tǒng)來說，標(biāo)簽天線是一個(gè)重要的元件之一， 它在標(biāo)簽與閱讀器數(shù)據(jù)通信中起著關(guān)鍵作用。標(biāo)簽天線對于RFID系統(tǒng)的作用相當(dāng)于眼睛對于人類的作用一樣。在常見UHF RFID標(biāo)簽天線中，平面結(jié)構(gòu)的天線占了相當(dāng)大的比例，例如，微帶天線、縫隙天線等。在平面結(jié)構(gòu)天線的設(shè)計(jì)中，許多傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)仍然沿用至今。然而，隨著對系統(tǒng)性能要求的不斷擴(kuò)展，天線傳統(tǒng)的設(shè)

3、計(jì)技術(shù)已經(jīng)面臨許多的問題和挑戰(zhàn)。由美國Agilent公司推出的射頻仿真軟件 ADS fAdvanced DesignSystem1軟件是在HP EESOF系列EDA軟件基礎(chǔ)上發(fā)展完善起來的大型綜合設(shè)計(jì)軟件。它功能強(qiáng)大、簡明直觀且應(yīng)用范圍較廣，除了可以應(yīng)用于射頻和微波電路的設(shè)計(jì)、通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、DSP設(shè)計(jì)仿真外，還可以用于平面結(jié)構(gòu)天線的設(shè)計(jì)。而用射頻仿真軟件ADS設(shè)計(jì)UHF RFID標(biāo)簽天線和設(shè)計(jì)普通的平面結(jié)構(gòu)天線又在某些方面有所不同，為了達(dá)到以最大功率傳輸，需要綜合考慮天線設(shè)計(jì)及和其相連的標(biāo)簽芯片阻抗匹配的問題。以下用一個(gè)實(shí)例說明用射頻仿真軟件ADS設(shè)計(jì)UHF RFID標(biāo)簽天線的步驟。1 啟動

4、ADS軟件。創(chuàng)建新的工程文件點(diǎn)擊File一>New Project設(shè)置工程文件名稱及存儲路徑；點(diǎn)擊Length Unit設(shè)置長度單位為毫米。再新建一個(gè)ADS LAYOUT文件。2 在Layout中繪制天線繪制時(shí)要考慮到是單面還是雙面天線。3 通過層定義設(shè)置標(biāo)簽天線所用的材料特性等這里我們以設(shè)計(jì)一個(gè)采用FR4單面板的標(biāo)簽天線為例。要分別設(shè)置Substrate Layer(介質(zhì)層)和Metallization Layer(金屬層)。31 Substrate Layer(介質(zhì)層)的設(shè)置從主菜單開始通過以下方法Momentum=>substrate=>createM0d ，進(jìn)入Sub

5、strate Layer層定義對話窗口。這里我們將所需要的天線的層結(jié)構(gòu)設(shè)置成如圖1所示?？梢姴捎昧似胀‵R4板材(介電常數(shù)約46)，損耗正切Loss Tangent為0018，板厚15mm。32 Metallization Layer(金屬層)的設(shè)置從主菜單開始通過以下方法Momentum =>Substrate=>CreateModify，進(jìn)入Metallization Layer層定義對話窗口(如圖2)。這里作如下設(shè)置：在Conductivity中填電導(dǎo)率，Thickness中填金屬厚度。其中銅的電導(dǎo)率為578E+OO6，厚度為 0035ram。在這些都設(shè)置結(jié)束以后點(diǎn)擊Appl

6、y和OK就可以了。4 端口定義標(biāo)簽天線的端口阻抗設(shè)置和普通天線端口阻抗不同，不是常見的50tq或750，要和其相連的標(biāo)簽芯片阻抗匹配。在ADS中，先選中 加兩個(gè)Port。再用鼠標(biāo)選中端口，由Momentum =>Port Editor，進(jìn)行編輯。由于在前面的層定義中取消了GND，所以不能定義Single Port(Not Available)，所以本設(shè)計(jì)采用一個(gè) Internal port配合一個(gè)Ground Reference Port的方案。在Port 2的設(shè)置中，Associate with port number中，寫入1，表示Port2是Portl的參考地。在Port1的Rea

7、l和 Imaginary中填人端口的阻抗參數(shù)值(注意要和其相連的標(biāo)簽芯片阻抗匹配。這里我們用的是TI公司的RIUHF-STRAP一08芯片，頻率為 915 MHz時(shí)的芯片阻抗為99-j6053歐姆)，如圖35 剖分網(wǎng)格Mesh和S 參數(shù)仿真的設(shè)置我們在Momentum 仿真前，在 Momentum =>Mesh=>setuD中設(shè)置剖分網(wǎng)格Mesh，Mesh的設(shè)置決定了仿真的精度。通常，Mesh Frequency和Numb er of Cells Per Wavelength越大，精度越高。但是這是以仿真時(shí)間的增加為代價(jià)的。有時(shí)不得不以精度的降低換取仿真時(shí)間的減小。在本例中，我們采

8、用Mesh的默認(rèn)值，即：Mesh Frequency為后面S 仿真中的頻率上限值990MHz，Numb er of Cells Per Wavelength為2O。再選擇主菜單Momentum中的 Simulations parameters，出現(xiàn)一個(gè)對話框?qū)參數(shù)仿真進(jìn)行設(shè)置，如圖4。在Sweep Type中可以選擇，然后點(diǎn)擊 update及Simulate，開始仿真，即得到s參數(shù)仿真結(jié)果。圖4 S參數(shù)仿真設(shè)置6 觀察天線的增益、效率等為了觀察看遠(yuǎn)場2D輻射圖，ADS要在Momentum=>PostPmcessing=>Radiation Pattern中做如圖 5設(shè)置，這里要將

9、頻率設(shè)置為天線中心諧振頻率。點(diǎn)擊Compute后，得到遠(yuǎn)場2D輻射圖或3D輻射圖。從中可看出天線極化特性、天線增益、天線效率、方向圖等。7 天線參數(shù)的優(yōu)化圖5 Radimion Pattern 中的設(shè)置圖6優(yōu)化尺寸參數(shù)設(shè)置如果得到仿真結(jié)果不理想，可以使用ADS Layout中的optimization，完成對于天線的優(yōu)化。我們從主菜單開始通過以下方法Momentum一>Optimization一>parameters，進(jìn)入優(yōu)化天線尺寸參數(shù)設(shè)置對話框 (如圖6)。其中，Nominal Value是當(dāng)前設(shè)計(jì)中天線w這個(gè)尺寸參數(shù)大小，Perturbed Value是接下來要調(diào)整到的目標(biāo)尺寸值，這兩個(gè)值設(shè)置后需要通過手工方式將w這個(gè)尺寸參數(shù)調(diào)整為PerturbeA Value值，這樣計(jì)算機(jī)才知道是要對w這個(gè)尺寸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化時(shí)可以對一個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，也可以同時(shí)對多個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)置完優(yōu)化天線尺寸參數(shù)后，再進(jìn)入Momentum一>Optimization一>Goal，設(shè)置優(yōu)化的