2016年《射频电路设计》实验

实验三RFID标签的设计、制作及测试一、【实验目的】

在实际的生产过程中，RFID电子标签在设计并测试完成后，都是在流水线上批量制造生产的。为了让学生体会RFID标签天线设计的理念和工艺，本实验为学生提供了一个手工蚀刻制作RFID电子标签的平台，再配合微调及测试，让学生在亲自动手的过程中，不断地尝试、提炼总结，从而使学生对RFID标签天线的设计及生产工艺，有进一步深刻的理解。

二、【实验仪器及材料】

计算机一台、HFSS软件、覆铜板、Alien Higgs芯片、热转印工具、电烙铁、标签天线实物，UHF测试系统，皮尺

三、【实验内容】

第一步（设计）：从UHF标签天线产品清单中，挑选出一款天线结构，或者自己设计一款标签天线结构，进行HFSS建模画图

第二步（制作）：将第一步中设计好的标签模型用腐蚀法进行实物制作

第三步（测试）：利用UHF读写器测试第二步中制作的标签实物性能

四、【实验要求的知识】

下图是Alien（意联）公司的两款标签天线，型号分别为ALN-9662和ALN-9640。这两款天线均采用弯折偶极子结构。弯折偶极子是从经典的半波偶极子结构发展而来，半波偶极子的总长度为波长的一半，对于工作在UHF频段的半波偶极子，其长度为160mm，为了使天线小型化，采用弯折结构将天线尺寸缩小，可以适用于更多的场合。ALN-9662的尺寸为70mm x 17mm，ALN-9640的尺寸为94.8mm x 8.1mm，之所以有不同的尺寸是考虑到标签的使用情况和应用环境，因为天线的形状和大小必须能够满足标签顺利嵌入或贴在所指定的目标上，也需要适合印制标签的使用。例如，硬纸板盒或纸板箱、航空公司行李条、身份识别卡、图书等。

ALN-9662天线版图

ALN-9640天线版图

五、【画图练习】

为了熟悉HFSS画图方法，先练习画出以下4幅图形

六、【实验步骤】

第一步：根据以下要求进行HFSS 的建模仿真

天线结构和尺寸：

可参照“UHF 标签天线产品清单”，或者标签实物，选择其中一种，估算或用尺子测

量其实际尺寸，进行HFSS建模。

绘制弯折结构时主要用到：画矩形面，合并，对称复制

绘制缝隙结构时主要用到：画矩形面，画线，挖空

视图调整主要用以下三个按钮：，，

注意天线中间要留有2mm乘以2mm大小的空隙，用于焊接芯片。

第二步：标签天线实物制作：

本次实验采用热转印的方法进行标签制作，具体步骤此处不详细叙述，应注意以下两点：

1、图纸的生成：上一步在HFSS中创建的模型可导出为AutoCAD的dxf文件，注意该HFSS图纸导出方法，只能导出XOY（Z=0）面的图纸信息，如果需要的图层不在XOY面上，则需要在HFSS中将图层位移到XOY面，再做导出操作。接下来，参照视频“AutoCAD 打印过程”，用AutoCAD软件进行图纸打印。

2、芯片焊接：如下图所示，本实验中用的芯片集成模块是将芯片制成可焊接封装，通过引出针脚来实现芯片与外部天线的链接。芯片有三个引脚，其中位于一侧的OPEN引脚是悬空的，无需焊接，另外两个引脚RF1和RF2分别焊接到天线的两个焊点上。使用电烙铁和焊锡将芯片焊接到天线上，推荐先在天线焊点焊锡，然后使用镊子夹住芯片对准焊点，用电烙铁融化焊锡即可完成焊接。

完成天线刻蚀和芯片焊接后，一个完整的标签即制作完成。

SOT封装的Alien Higgs-3芯片

第三步：标签性能测试

部署读写器及天线，调整读写器的频率、功率等参数，测试该标签性能，记录标签的最大读取距离、频率特性等性能指标。根据测试结果评估该标签的性能是否满足设计要求。

按照上图所示方式将标签天线对准UHF读写器天线，并沿图中所示虚线向远离读写器方向移动标签，找出能否成功读取的临界点，记录读取距离。

在读写频率设置为915.4-921.8（33-49），功率等级设置为20的条件下，分别测试并记录本次制作的标签的EPC码和读取距离

七、【实验结果】

1、将标签天线的实物图粘贴于此

2、填写本次制作的标签的EPC码和读取距离

实验五L形匹配网络设计

一、【实验目的】

阻抗匹配的概念是射频电路设计中最基本也是最重要的概念之一，贯穿射频电路设计的始终。要实现最大功率传输，必须使传输线与负载匹配，同时使负载阻抗与源阻抗共轭匹配。当今业界进行射频电路设计采用的是商用的射频仿真软件，其中最具代表性的是安捷伦公司的ADS软件。本次实验通过阻抗匹配的设计实例，作为ADS的入门，为将来从事射频设计工作打下基础。有兴趣的同学课后可以自学徐兴福编著的《ADS2008射频电路设计与仿真实例》。

二、【实验仪器及材料】

PC机一台，ADS2008仿真软件

三、【实验内容】

利用ADS软件设计阻抗匹配电路

四、【实验要求的知识】

实验前先熟悉教材中第6章关于阻抗匹配的内容，并在PC机上安装好ADS2008软件。

五、【范例：利用史密斯圆图设计L形匹配网络】

先通过一个范例进行练习，设计过程如下：

1)创建项目（Project）

①启动ADS软件，弹出主视窗

②选择主视窗中[File]菜单>[New Project]，弹出[New Project]对话框，如下图所示，在“Name”文本框中输入新建工程的名字Match1，同时在“Project Technology Files”下拉框中选择工程使用的长度单位为millimeter。选择完毕后点击[OK]按钮，弹出原理图向导，点击[Cancel]按钮关闭向导，弹出原理图编辑视窗。

2)创建原理图（Schematic）

①在弹出原理图编辑视窗中，当前显示为untitled，表示未命名，选择[File]菜单>[Save Design ]，弹出[Save Design as]对话框

②在[Save Design as]对话框中，输入文件名Match1，然后单击[保存]按钮，将原理图命名为Match1.

3)利用史密斯圆图设计L形匹配网络

本设计指标如下：

设计集总参数L形匹配网络

中心频率为1GHz

负载由10Ω的电阻和1.6nH的电感串联而成

要求负载与50Ω的传输线相匹配

设计步骤如下：

①在新建的原理图Match1中，选择[tool]菜单>[Smith Chart]命令，弹出[Smith Chart Utility]窗口，在该窗口中，需要设置Freq（频率）和Z0（传输线特性阻抗），这里默认设置为Freq=1GHz，Z0=50Ω，与本次设计需求一致，故无需修改。单击[Define Source/Load Network Terminations]按钮，弹出“Network Terminations”对话框，按照下图所示进行设置： 选中[Enable Source Termination]

选中[Enable Load Termination]

在[Load Impedance]项中，选择Series RL，R=10Ω，L=1.6nH

②回到原理图Match1的编辑窗口中，在左上角的元件库一栏，点击“Lumped Components”右边的下拉箭头，在下拉列表中选择倒数第3个的[Smith Chart Matching ]元件

库，选好后在左侧的元件面板中将显示唯一的元件图标，这个图标代表史密斯圆图元