第一课天线小型化
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目录
• 第一章 前言 • 第二章 声表面波标签天线的设计 • 第三章 实验室中的印刷偶极子天线 • 第四章 印刷偶极子天线的小型化设计 • 结束语
第一章 前言
1.1 声表面波与RFID技术概述
声表面波(Surface Acoustic Wave, SAW) 是 传播于压电晶体表面的机械波；RFID技术是一种 利用射频技术实现的非接触式自动识别技术。 SAW-RFID电子设备具有体积小、重量轻、耗能 低、生产重复性好、无需调整及温度稳定性优良 等优点。
freq (2.000GHz to 3.000GHz)
有关数据分析：
在天线满足通信系统所要求的电压驻波比小于 1.5的要求下，小型化后天线工作的中心频率仍约 为2.45GHz，带宽约100MHz，带宽减小了约 200MHz，这是小型化引起的，也同样完全满足 天线设计时的所需的频率和带宽要求。由图10得 到，在2.45GHz时，若设特性阻抗Z0=50欧姆， 则馈点的阻抗为50*（0.881-j0.124）=(44.05j6.2)欧姆，也能够较好地与50 欧姆的同轴电缆馈 线相匹配。
印刷偶极子天线设计
考虑到天线的成本和应用，根据要求选择的介 质材料为厚度0.8mm，介电常数为4.5。损耗角 正切tan delt=0.014的软质PVC板。
Lo Wo 印刷偶极子臂
g1
印刷偶极子臂
微
微
带
带
通孔
Lb 巴
巴 Wb
伦
伦
线 g2 线
接地板 Ld
Wd
印刷偶极子天线结构
Lo Wo 印刷偶极子臂
1.3 声表面波标签天线的特点
标签天线最常见的形式主要有线圈天线、微带 天线和偶极子天线。诸多因素比较分析得出，偶 极子天线,具有辐射能力强,制造工艺简单,成本低 等优点,且能够实现全向性,因此经常应用于远距离 RFID系统中。
第二章 声表面波标签天线的设计
这一章，首先介绍了天线的最基本概念，天线 能够将电磁能量转化为电磁场传播出去，同时又 能够通过将空间中的电磁场转化为电磁能量来接 收电磁波。然后介绍一些天线的基本参数定义。 最后分别对偶极子天线，四分之一波长天线以及 贴片天线作以简要地描述。
g1
印刷偶极子臂
通过相关计算及实际调试得出，在 2.45GHz中心频率下，印刷偶极子 天线的具体尺寸为：
L0= 21.3mm，W0=6mm， Lb=23.1mm，Wb=5mm， Ld=5.1mm，Wd=13.9mm， g1=3mm，g2=1mm，Wf=3mm， Wh=3mm，R=0.4mm。天线的整 体尺寸为45.6mm*37.2mm。
叠
微 带
部 通孔 分
Lz=11m，Wz=4.4mm，Lb=20mm， Wb=5mm，Ld=1.5mm， Wd=14mm，通孔半径为0.4mm。天 Wz
Lb
巴 伦
巴 Wb 伦
线 g2 线
线的整体尺寸为29.8mm*25.5mm， 比小型化之前面积减小了约55%。
接地板 Ld
Wd
折叠偶极子天线结构尺寸
Mag. [dB]
S11
0
-5
-10
m2 m3
-15
m1
-20
-25 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 Frequency
小型化天线史密斯圆图
ADS仿真
S11
m4 m4 freq=2.458GHz yutou2450zd_mom..S(1,1)=0.091 / -130.152 impedance = Z0 * (0.881 - j0.124)
第三章 实验室中的印刷偶极子天线
——一种贴片天线实物图
利用相关仪器测出该天线的回波损耗图
第四章 印刷偶极子天线的小型化设计
Lo
通过相关计算及实际调试得出，在 2.45GHz中心频率下，折合偶极子天 线具体尺寸：Lo=9mm，Wo=1mm，
折
叠 Lz 部
分
印刷偶极子臂
Wo 微 带
g1
印刷偶极子臂 折
Ld
微
带
巴
Lb
伦 线
微 带 巴 伦 Wb 线
通孔
g2
接地板
Wd
印刷偶极子回波损耗图
ADS仿真
m3 freq=2.609GHz
S11
0
dB(yutou2450_mom_a..S(1,1))=-14.909 -5
Mag. [dB]
-10
m2 freq=2.299GHz
-15
dB(yutou2450_mom_a..S(1,1))=-14.903 -20
友们！ 祝大家身体健康，万事如意！
精品课件！
精品课件！
印刷偶极子天线史密斯圆图
S11
ADS仿真
m4 freq=2.500GHz yutou2450_mom..S(1,1)=0.042 / -42.213 impedance = Z0 * (1.063 - j0.061)
m4
freq (2.000GHz to 3.000GHz)
有关数据分析：
在天线满足通信系统所要求的电压驻波比 小于1.5的要求下，天线工作的中心频率为 2.45GHz，带宽约300MHz，完全满足天 线设计时的所需的频率和带宽要求。由图5 得到，在2.45GHz时，若设特性阻抗 Z0=50欧姆，则馈点的阻抗为50*（1.063j0.061）=(53.15-j3.05)欧姆，能够较好地 与50 欧姆的同轴电缆馈线相匹配。
m2
m3
-25
m1
m1
-30
freq=2.464GHz dB(yutou2450_mom_a..S(1,1))=-30.755
-35
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
Frequency
当驻波系数VSWR<1.5时，利用公式|Γ|=(VSWR1)/(VSWR+1)，可以得出 |Γ|<0.2,根据S11 =20lg|Γ|，从而 计算出S11<-13.98dB。因此所设计的天线满足要求，具有较 好的回波损耗特性
2.45GHz印刷偶极子天线的小型化设计将图3 所示的偶极子天线的偶极子臂向下弯折。折叠后 的天线应满足：电流通过折合偶极子臂的最短距 离应该和四分之一谐振波长大致相等。
Lo
折 印刷偶极子臂 g1 印刷偶极子臂 折
叠 Lz 部
Wo
分
叠
微微
部
带 带 通孔 分
Lb 巴 巴 Wb
伦伦
Wz
线 g2 线
接地板 Ld
结束语
本文分别给出了2.45GHz中心工作频率 下的印刷偶极子和小型化后印刷偶极子天 线的设计思路，并用ADS软件进行辅助的 仿真分析。经过对比可以得到：小型化后 的天线尺寸大大减小，仅为原来的45%。 带宽虽然有所减小，但完全满足声表面波 标签的需求。
致谢
衷心感谢廖同庆老师耐心的指导和帮助！ 衷心感谢电子科学与技术学院的老师们！ 衷心感谢曾今一起经历风风雨雨的同窗好
Wd
小型化天线回波损耗图 ADS仿真
m1 freq=2.458GHz dB(yutou2450zd_mom..S(1,1))=-20.801
m2 freq=2.391GHz dB(yutou2450zd_mom_a..S(1,1))=-14.529
m3 freq=2.500GHz dB(yutou2450zd_mom..S(1,1))=-15.045
1.2 声表面波射频识别技术的特点及应用前景
特点：声表面波器件的尺寸和信号的声波波长相
比拟的，能实现小型化；容易对信号进行取样和 变换；便于大量生产；抗辐射能力强，动态范围 很大；声表面波标签也有传感器功能。
前景：目前声表面波标签已有实际应用，由于
真正无源不需维护，且与现有IC 芯片标签性能互 补，所以会有巨大的市场前景。
• 第一章 前言 • 第二章 声表面波标签天线的设计 • 第三章 实验室中的印刷偶极子天线 • 第四章 印刷偶极子天线的小型化设计 • 结束语
第一章 前言
1.1 声表面波与RFID技术概述
声表面波(Surface Acoustic Wave, SAW) 是 传播于压电晶体表面的机械波；RFID技术是一种 利用射频技术实现的非接触式自动识别技术。 SAW-RFID电子设备具有体积小、重量轻、耗能 低、生产重复性好、无需调整及温度稳定性优良 等优点。
freq (2.000GHz to 3.000GHz)
有关数据分析：
在天线满足通信系统所要求的电压驻波比小于 1.5的要求下，小型化后天线工作的中心频率仍约 为2.45GHz，带宽约100MHz，带宽减小了约 200MHz，这是小型化引起的，也同样完全满足 天线设计时的所需的频率和带宽要求。由图10得 到，在2.45GHz时，若设特性阻抗Z0=50欧姆， 则馈点的阻抗为50*（0.881-j0.124）=(44.05j6.2)欧姆，也能够较好地与50 欧姆的同轴电缆馈 线相匹配。
印刷偶极子天线设计
考虑到天线的成本和应用，根据要求选择的介 质材料为厚度0.8mm，介电常数为4.5。损耗角 正切tan delt=0.014的软质PVC板。
Lo Wo 印刷偶极子臂
g1
印刷偶极子臂
微
微
带
带
通孔
Lb 巴
巴 Wb
伦
伦
线 g2 线
接地板 Ld
Wd
印刷偶极子天线结构
Lo Wo 印刷偶极子臂
1.3 声表面波标签天线的特点
标签天线最常见的形式主要有线圈天线、微带 天线和偶极子天线。诸多因素比较分析得出，偶 极子天线,具有辐射能力强,制造工艺简单,成本低 等优点,且能够实现全向性,因此经常应用于远距离 RFID系统中。
第二章 声表面波标签天线的设计
这一章，首先介绍了天线的最基本概念，天线 能够将电磁能量转化为电磁场传播出去，同时又 能够通过将空间中的电磁场转化为电磁能量来接 收电磁波。然后介绍一些天线的基本参数定义。 最后分别对偶极子天线，四分之一波长天线以及 贴片天线作以简要地描述。
g1
印刷偶极子臂
通过相关计算及实际调试得出，在 2.45GHz中心频率下，印刷偶极子 天线的具体尺寸为：
L0= 21.3mm，W0=6mm， Lb=23.1mm，Wb=5mm， Ld=5.1mm，Wd=13.9mm， g1=3mm，g2=1mm，Wf=3mm， Wh=3mm，R=0.4mm。天线的整 体尺寸为45.6mm*37.2mm。
叠
微 带
部 通孔 分
Lz=11m，Wz=4.4mm，Lb=20mm， Wb=5mm，Ld=1.5mm， Wd=14mm，通孔半径为0.4mm。天 Wz
Lb
巴 伦
巴 Wb 伦
线 g2 线
线的整体尺寸为29.8mm*25.5mm， 比小型化之前面积减小了约55%。
接地板 Ld
Wd
折叠偶极子天线结构尺寸
Mag. [dB]
S11
0
-5
-10
m2 m3
-15
m1
-20
-25 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 Frequency
小型化天线史密斯圆图
ADS仿真
S11
m4 m4 freq=2.458GHz yutou2450zd_mom..S(1,1)=0.091 / -130.152 impedance = Z0 * (0.881 - j0.124)
第三章 实验室中的印刷偶极子天线
——一种贴片天线实物图
利用相关仪器测出该天线的回波损耗图
第四章 印刷偶极子天线的小型化设计
Lo
通过相关计算及实际调试得出，在 2.45GHz中心频率下，折合偶极子天 线具体尺寸：Lo=9mm，Wo=1mm，
折
叠 Lz 部
分
印刷偶极子臂
Wo 微 带
g1
印刷偶极子臂 折
Ld
微
带
巴
Lb
伦 线
微 带 巴 伦 Wb 线
通孔
g2
接地板
Wd
印刷偶极子回波损耗图
ADS仿真
m3 freq=2.609GHz
S11
0
dB(yutou2450_mom_a..S(1,1))=-14.909 -5
Mag. [dB]
-10
m2 freq=2.299GHz
-15
dB(yutou2450_mom_a..S(1,1))=-14.903 -20
友们！ 祝大家身体健康，万事如意！
精品课件！
精品课件！
印刷偶极子天线史密斯圆图
S11
ADS仿真
m4 freq=2.500GHz yutou2450_mom..S(1,1)=0.042 / -42.213 impedance = Z0 * (1.063 - j0.061)
m4
freq (2.000GHz to 3.000GHz)
有关数据分析：
在天线满足通信系统所要求的电压驻波比 小于1.5的要求下，天线工作的中心频率为 2.45GHz，带宽约300MHz，完全满足天 线设计时的所需的频率和带宽要求。由图5 得到，在2.45GHz时，若设特性阻抗 Z0=50欧姆，则馈点的阻抗为50*（1.063j0.061）=(53.15-j3.05)欧姆，能够较好地 与50 欧姆的同轴电缆馈线相匹配。
m2
m3
-25
m1
m1
-30
freq=2.464GHz dB(yutou2450_mom_a..S(1,1))=-30.755
-35
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
Frequency
当驻波系数VSWR<1.5时，利用公式|Γ|=(VSWR1)/(VSWR+1)，可以得出 |Γ|<0.2,根据S11 =20lg|Γ|，从而 计算出S11<-13.98dB。因此所设计的天线满足要求，具有较 好的回波损耗特性
2.45GHz印刷偶极子天线的小型化设计将图3 所示的偶极子天线的偶极子臂向下弯折。折叠后 的天线应满足：电流通过折合偶极子臂的最短距 离应该和四分之一谐振波长大致相等。
Lo
折 印刷偶极子臂 g1 印刷偶极子臂 折
叠 Lz 部
Wo
分
叠
微微
部
带 带 通孔 分
Lb 巴 巴 Wb
伦伦
Wz
线 g2 线
接地板 Ld
结束语
本文分别给出了2.45GHz中心工作频率 下的印刷偶极子和小型化后印刷偶极子天 线的设计思路，并用ADS软件进行辅助的 仿真分析。经过对比可以得到：小型化后 的天线尺寸大大减小，仅为原来的45%。 带宽虽然有所减小，但完全满足声表面波 标签的需求。
致谢
衷心感谢廖同庆老师耐心的指导和帮助！ 衷心感谢电子科学与技术学院的老师们！ 衷心感谢曾今一起经历风风雨雨的同窗好
Wd
小型化天线回波损耗图 ADS仿真
m1 freq=2.458GHz dB(yutou2450zd_mom..S(1,1))=-20.801
m2 freq=2.391GHz dB(yutou2450zd_mom_a..S(1,1))=-14.529
m3 freq=2.500GHz dB(yutou2450zd_mom..S(1,1))=-15.045
1.2 声表面波射频识别技术的特点及应用前景
特点：声表面波器件的尺寸和信号的声波波长相
比拟的，能实现小型化；容易对信号进行取样和 变换；便于大量生产；抗辐射能力强，动态范围 很大；声表面波标签也有传感器功能。
前景：目前声表面波标签已有实际应用，由于
真正无源不需维护，且与现有IC 芯片标签性能互 补，所以会有巨大的市场前景。