射頻識別（RFID）技術是利用射頻信號對帖有電子標簽的物品進行自動識別并交換數(shù)據(jù)的無線通信技術。RFID系統(tǒng)主要由閱讀器和電子標簽組成。電子標簽按照供電方式的不同分為有源電子標簽和無源電子標簽。閱讀器能夠接收到的電子標簽反射信息的距離是RFID系統(tǒng)最重要的技術指標之一。閱讀距離不僅與標簽天線的方向圖、天線放置的基板材料有關，而且與電磁波傳輸?shù)沫h(huán)境有關。一般情況下，無源電子標簽芯片的阻抗的實部較小，而虛部較大，標簽芯片較高的Q值使得很難設計合適的天線與標簽芯片實現(xiàn)阻抗匹配，尤其是要求在較寬的頻帶范圍之內。

在產(chǎn)品電子代碼（EPC）應用中，近距離工作的 RFID頻率統(tǒng)一集中在13.56 MHz，而遠距離工作的RFID頻率定位于UHF頻段。由于各國、各地區(qū)對UHF頻段RFID應用的界定存在不同，例如：美國標準為902 MHz～928 MHz，歐洲為865 MHz～868 MHz，日本為950 MHz～956 MHz，中國為 840 MHz～845 MHz和920 MHz～925 MHz兩個頻段。因此，設計UHF RFID全頻段覆蓋的電子標簽以滿足世界各國的要求，使電子標簽具有通用性，是電子標簽（天線）設計的一個目標。

對于無源電子標簽，僅當標簽芯片接收的能量大于它的最小門限功率Pth時才能正常工作。為了提高閱讀距離，就需要實現(xiàn)標簽芯片與標簽天線阻抗間的共軛匹配。但是，標簽天線一般采用變形偶極子天線，其諧振點并不一定是阻抗匹配點。電磁耦合饋電很好地解決了這個問題。采用一個饋電單元，2個均勻分布的輻射單元組成雙輻射邊天線達到很高的增益，但全向性不好。一種UHF全向性天線，盡管帶寬可以達到要求，但是諧振深度不夠（S11《-10 dB）而且具有較大的尺寸。本文采用非均勻分布的彎折支節(jié)為耦合單元，設計了一款標簽天線，帶寬（S11《-22 dB）為180 MHz，不僅覆蓋了UHF全頻帶，而且具有較好的諧振深度和較小的標簽天線尺寸。在此基礎上，進一步研究了感應單元與饋電單元的距離，以及饋電單元的形狀為矩形、三角形、梯形時標簽天線的性能。

1 耦合原理分析

這種天線模型可以等效為如圖1所示的天線模型。當寄生單元無限長時，圖1模型可以等效為圖2所示的等效電路模型。

圖2中，寄生單元等效為左回路的L1、R、C，其中R等效為輻射體的自電阻。而饋電單元等效為右回路，L2等效為饋電單元的自電感。由于饋電單元的自阻抗非常小，所以在等效電路中被忽略了。

根據(jù)參考的電路分析理論，對圖2回路列KVL可以得到：

從式（8）可以看到，諧振狀態(tài)的阻抗實部只與互感有關，而虛部與L2有關。由于互感M與耦合距離有關，所以天線阻抗的實部與寄生單元離饋電單元的距離有關，而虛部只與饋電單元自身的形狀有關。由此，可以看到在諧振點附近耦合加載對天線實虛部可起到單獨調節(jié)的作用。

2 天線的設計與研究

一種標簽天線結構，寄生單元部分的分支采用均勻分布。而本文為了實現(xiàn)標簽天線和標簽芯片之間的阻抗匹配，寄生單元的分支采用非均勻分布。標簽天線的建模如圖3所示，結構參數(shù)如表1所示。該天線由饋電環(huán)和輻射體兩部分組成。饋電單元由矩形構成，與標簽芯片直接相連。而輻射體是由非均勻分布的彎折支節(jié)構成。在本設計中，當所選用的芯片在915 MHz時，對外呈現(xiàn)的阻抗為Z=18.1-j149 Ω，遵循ISO-18000 6C協(xié)議。為了實現(xiàn)標簽芯片與標簽天線之間最大功率傳輸，所要求的天線阻抗在諧振頻率處應為18.1+j149 Ω。

圖3所示天線蝕刻在厚度為0.2 mm，相對介電常數(shù)為4.4的FR4介質基板上，天線的大小為50 mm×20 mm。

現(xiàn)在根據(jù)以上討論，研究寄生單元距饋電點的距離和饋電單元的形狀對天線性能的影響。

2.1 耦合間距對天線性能的影響

從以上分析可以看到，根據(jù)（8）式，當天線在諧振狀態(tài)時，阻抗的實部是只受互感影響的，而互感與寄生單元和饋電單元的間距有關。從圖5（b）可以看到，隨著間距的增加，天線阻抗的實部在減小，而虛部基本保持不變，這一點與理論分析的結果基本相同。