基于ADS设计UHF RFID标签天线

1、    基于ADS设计UHF RFID标签天线摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTAC)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为126 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于05 dB，采用18 V电源，TSMC 018m CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte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

2、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(1356MHz)、UHF超高频段(860960MHz)和 245GHz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

3、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

4、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)。31 Substrate Layer(介质层)的设置从主菜单开始通过以下方法Momentum=>substrate=>createM0d ，进入Sub

5、strate 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46)，损耗正切Loss Tangent为0018，板厚15mm。32 Metallization Layer(金属层)的设置从主菜单开始通过以下方法Momentum =>Substrate=>CreateModify，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578E+OO6，厚度为 0035ram。在这些都设置结束以后点击Appl

6、y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Rea

7、l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RIUHF-STRAP一08芯片，频率为 915 MHz时的芯片阻抗为99-j6053欧姆)，如图35 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

8、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 Simulations 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=>PostPmcessing=>Radiation Pattern中做如图 5设置，这里要将

9、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