射频仿真软件ADS设计UHF RFID标签天线的步骤解析
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（13．56mhz）、uhf超高频段（860～960mhz）和 2．45ghz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）。
3．1 substrate layer（介质层）的设置
从主菜单开始通过以下方法momentum=》substrate=》create／m0d ，
进入substrate 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4．6），损耗正切loss tangent为0．018，板厚1．5mm。
3．2 metallization layer（金属层）的设置
从主菜单开始通过以下方法momentum =》substrate=》create／modify，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5．78e+oo6，厚度为 0．035ram。在这些都设置结束以后点击apply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real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ri—uhf-strap一08芯片，频率为 915 mhz时的芯片阻抗为9．9-j60．53欧姆），如图3
5 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 simulation—s 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=》post—pmcessing=》radiation pattern中做如图 5设置，这里要将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，设置优化的目标，优化的目标主要是s11，s21参数，不可以对介电常数、介质板厚度等参数进行优化。通过进行一系列参数的优化，可得到最理想的结果。最后结果如图 7。
图7最后优化结果
采用射频仿真软件ads设计uhf rfid标签天线的步骤和注意事项大体如上，由于篇幅有限，有些并没深入展开，许多还要自己动手实践摸索。
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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）。
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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real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ri—uhf-strap一08芯片，频率为 915 mhz时的芯片阻抗为9．9-j60．53欧姆），如图3
5 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。
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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=》post—pmcessing=》radiation pattern中做如图 5设置，这里要将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。
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图7最后优化结果
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