一種應(yīng)用于標(biāo)簽天線設(shè)計的復(fù)阻抗匹配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于標(biāo)簽天線設(shè)計的復(fù)阻抗匹配方法，屬于天線設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】，該匹配方法包括下列步驟：1）利用標(biāo)簽天線端接負載的復(fù)阻抗的值，將標(biāo)簽天線阻抗進行歸一化變換，此時負載復(fù)阻抗映射到Smith圓圖的中心；2）測取標(biāo)簽天線阻抗在變換后的Smith圓圖上各個點到中心的距離，即為反射系數(shù)的模|Γ|；3）根據(jù)步驟二中得到的|Γ|計算標(biāo)簽天線與負載的功率傳輸系數(shù)σ；4）根據(jù)步驟三中得到的σ判斷匹配設(shè)計是否滿足要求，如不滿足繼續(xù)調(diào)整標(biāo)簽天線參數(shù)直至實現(xiàn)匹配。該方法可以直觀地從Smith圓圖讀出標(biāo)簽天線復(fù)阻抗與負載的反射系數(shù)的模，從而快速計算功率傳輸系數(shù)，解決了在常規(guī)Smith圓圖上天線復(fù)阻抗匹配實現(xiàn)操作較為繁瑣的問題，為標(biāo)簽天線復(fù)阻抗匹配設(shè)計提供有力的手段。
【專利說明】—種應(yīng)用于標(biāo)簽天線設(shè)計的復(fù)阻抗匹配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及屬于天線設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種標(biāo)簽天線與直連芯片的復(fù)阻抗匹配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]標(biāo)簽天線廣泛應(yīng)用于身份識別、貨物標(biāo)簽、汽車胎壓檢測等射頻識別系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的天線通常被設(shè)計來與50歐負載阻抗匹配，然而在標(biāo)簽天線設(shè)計中，考慮到小型化以及制作成本，天線將與集成電路芯片直接相連。目前，射頻識別系統(tǒng)中的標(biāo)簽為了能夠存儲能量并處理信息，其集成電路芯片的阻抗都是復(fù)數(shù)的形式。因此，需要實現(xiàn)標(biāo)簽天線與芯片的阻抗共軛匹配以達到最大功率傳輸目的。
[0003]微波電路匹配設(shè)計中，Smith圓圖是普遍使用的一種圖表工具,常規(guī)的Smith圓圖歸一化到實數(shù)阻抗如50歐負載，任意阻抗在Smith圓圖上的點到中心的距離為該阻抗與負載計算的反射系數(shù)的模，相同的反射系數(shù)的模在圖上為一個圓，如圖1中的圓圈A，對于將天線匹配到實數(shù)阻抗的情況來說，計算較為簡單。然而，對于復(fù)數(shù)阻抗負載，負載對應(yīng)的點將偏離中心，例如圖1中的點S，在Smith圓圖上讀取該點的反射系數(shù)的模時將面臨兩個方面的困難:一方面，相同反射系數(shù)的模將不再是構(gòu)成一個相同半徑的圓，如圖1中閉合曲線B;另一方面，與負載復(fù)阻抗的距離也不再直接反映出反射系數(shù)模值的大小，無法直接讀取標(biāo)簽天線的反射系數(shù)的模值。因此，需要提出一種標(biāo)簽天線復(fù)阻抗匹配設(shè)計方法，能夠直接測取天線與芯片之間的反射系數(shù)的模，為天線設(shè)計時實現(xiàn)最大功率傳輸提供快速分析的手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種標(biāo)簽天線與直連芯片的復(fù)阻抗匹配方法，通過對Smith阻抗圓圖進行復(fù)阻抗映射，實現(xiàn)了標(biāo)簽天線阻抗匹配設(shè)計時反射系數(shù)的直觀讀取，方便用于標(biāo)簽天線的功率傳輸系數(shù)計算。
[0005]本發(fā)明所述應(yīng)用于標(biāo)簽天線設(shè)計的復(fù)阻抗匹配方法，包括以下步驟:
步驟一:利用標(biāo)簽天線端接負載的復(fù)阻抗的值，將標(biāo)簽天線阻抗進行歸一化變換，此時負載復(fù)阻抗映射到Smith圓圖的中心。Smith圓圖是一款用于電子工程學(xué)的圖表，主要用于射頻微波電路的阻抗匹配設(shè)計。
[0006]所述的負載復(fù)阻抗是指與標(biāo)簽天線直接相連的集成電路芯片的復(fù)阻抗，包含兩個部分，實部為電阻，虛部為電抗。
[0007]步驟二:測取標(biāo)簽天線阻抗在變換后的Smith圓圖上各個點到中心的距離，即為反射系數(shù)的模|gamma|。[0008]所述的反射系數(shù)的模|gamma|是指，標(biāo)簽天線阻抗與芯片阻抗?jié)M足的一種表達式關(guān)系。
[0009]步驟三:根據(jù)步驟二中得到的|gamma|計算標(biāo)簽天線與負載的功率傳輸系數(shù)σ。[0010]所述的功率傳輸系數(shù)O是與反射系數(shù)的模有關(guān)的物理量。
[0011]步驟四:根據(jù)步驟三中得到的O判斷匹配設(shè)計是否滿足要求，如不滿足繼續(xù)調(diào)整標(biāo)簽天線參數(shù)直至實現(xiàn)匹配。
[0012]如果得到的功率傳輸系數(shù)σ滿足匹配設(shè)計要求，則說明標(biāo)簽天線與芯片已實現(xiàn)匹配；否則未實現(xiàn)匹配，繼續(xù)調(diào)整天線參數(shù)后再進行判斷。
[0013]綜上所述，本發(fā)明提出的一種應(yīng)用于射頻識別標(biāo)簽天線設(shè)計的復(fù)阻抗匹配方法，具體地說，是一種在Smith圓圖上實現(xiàn)天線阻抗和芯片負載復(fù)阻抗的共軛匹配方法。該方法利用芯片負載的復(fù)阻抗的值，將標(biāo)簽天線阻抗進行歸一化變換，將芯片復(fù)阻抗對應(yīng)的點移到Smith圓圖的中心，然后測取標(biāo)簽天線阻抗在變換后的Smith圓圖中的反射系數(shù)的模，用于計算天線功率傳輸系數(shù)，最后利用匹配條件分析標(biāo)簽天線設(shè)計是否符合要求，指導(dǎo)標(biāo)簽天線參數(shù)的調(diào)整。該匹配方法通過建立芯片的復(fù)阻抗映射，能很直觀的讀取出天線的匹配情況，從而為標(biāo)簽天線最大功率傳輸設(shè)計提供指導(dǎo)。
[0014]本發(fā)明采用復(fù)阻抗映射后的Smith圓圖進行復(fù)阻抗匹配方法的優(yōu)點在于:
(I)采用負載的復(fù)阻抗值進行Smith圓圖變換，變換后可以直觀讀取圓圖上的距離，給出標(biāo)簽天線與芯片阻抗的反射系數(shù)的模，進而用于計算功率傳輸系數(shù)，簡單易行且方便。
[0015](2)考慮標(biāo)簽天線與芯片直接相連，進行共軛匹配設(shè)計，省略了阻抗匹配過程中的匹配網(wǎng)絡(luò)，可以為標(biāo)簽天線設(shè)計降低成本。
[0016](3)在標(biāo)簽天線設(shè)計過程中，在天線增益、最大發(fā)射功率等指標(biāo)取值已規(guī)定的情況下，實現(xiàn)天線的匹配，計算最大功率傳輸系數(shù)，為實現(xiàn)天線的最大功率傳輸提供依據(jù)。
[0017](4)復(fù)阻抗匹配方法具有通用性，當(dāng)虛部取值為零時也能用于實阻抗的Smith圓圖變化，涵蓋并彌補了常規(guī)50歐 阻抗Smith圓圖的不足。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是歸一化阻抗為50歐時Smith圓圖中反射系數(shù)的示意圖；
圖2是本發(fā)明的應(yīng)用于標(biāo)簽天線設(shè)計的復(fù)阻抗匹配方法的流程圖；
圖3是本發(fā)明實施例中的標(biāo)簽天線的結(jié)構(gòu)圖；
圖4是本發(fā)明實施例中復(fù)阻抗變換后Smith圓圖中標(biāo)簽天線匹配設(shè)計的示意圖；
圖5是本發(fā)明實施例中標(biāo)簽天線匹配后的功率傳輸系數(shù)。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0020]本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于標(biāo)簽天線設(shè)計的復(fù)阻抗匹配方法，方法流程圖如圖2所示，具體實施步驟如下:
步驟一:利用標(biāo)簽天線端接負載的復(fù)阻抗的值，將標(biāo)簽天線阻抗進行歸一化變換，此時負載復(fù)阻抗映射到Smith圓圖的中心。
[0021]所述的負載復(fù)阻抗和標(biāo)簽天線阻抗，可以分別表示為:
Zl = Rl^jXl⑴
Za = Ra+JXA⑵
式中:?為負載電阻，為負載電抗，&為標(biāo)簽天線端口電阻Λ力標(biāo)簽天線端口電抗。二一般由芯片的手冊給出，—般通過測試或仿真計算得出。
[0022]所述的將根據(jù)負載復(fù)阻抗的值將標(biāo)簽天線阻抗歸一化至Smith圓圖是采用如下變換關(guān)系，
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于標(biāo)簽天線設(shè)計的復(fù)阻抗匹配方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:利用標(biāo)簽天線端接負載的復(fù)阻抗的值，將標(biāo)簽天線阻抗進行歸一化變換，以使此時的負載復(fù)阻抗映射到Smith圓圖的中心； 步驟二:測取標(biāo)簽天線阻抗在變換后的Smith圓圖上各個點到中心的距離，即為反射系數(shù)的模| y | ； 步驟三:根據(jù)步驟二中得到的反射系數(shù)的模I y |，計算標(biāo)簽天線與負載的功率傳輸系數(shù)σ ; 步驟四:根據(jù)步驟三中得到的功率傳輸系數(shù)σ，判斷匹配設(shè)計是否滿足要求；如果功率傳輸系數(shù)σ滿足匹配設(shè)計要求的，則說明標(biāo)簽天線與芯片已實現(xiàn)匹配；否則未實現(xiàn)匹配，繼續(xù)調(diào)整天線參數(shù)后重復(fù)步驟二和步驟三，再進行判斷，直至實現(xiàn)匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于標(biāo)簽天線設(shè)計的復(fù)阻抗匹配方法，其特征在于: 在步驟一中，將標(biāo)簽天線阻抗進行歸一化至Smith圓圖的變換關(guān)系為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于標(biāo)簽天線設(shè)計的復(fù)阻抗匹配方法，其特征在于:步驟二中所提及的反射系數(shù)的模I y I是直接通過測取標(biāo)簽天線阻抗在變換后的Smith圓圖上到中心的距離獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種應(yīng)用于標(biāo)簽天線設(shè)計的復(fù)阻抗匹配方法，其特征在于:步驟二中所述的反射系數(shù)為:

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種應(yīng)用于標(biāo)簽天線設(shè)計的復(fù)阻抗匹配方法，其特征在于:步驟三中的所提及的功率傳輸系數(shù)σ是根據(jù)如下關(guān)系式計算:

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種應(yīng)用于標(biāo)簽天線設(shè)計的復(fù)阻抗匹配方法，其特征在于:步驟四中，利用步驟三中的約束式，給定其中ItAGU 的數(shù)值，來反推出功率傳輸系數(shù)σ需要滿足的值； _為標(biāo)簽天線需要滿足的讀取距離；為國家規(guī)定的射頻識別系統(tǒng)發(fā)射器的最大傳輸功率值力集成芯片廠家給出 的值，GjPG/分別通過對發(fā)射天線和接收天線的測試或仿真獲取。
【文檔編號】G06F17/50GK103473427SQ201310437424
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】廖意, 張元 , 蔡昆, 王曉冰, 陳奇平, 高偉, 武亞君 申請人:上海無線電設(shè)備研究所