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1、针对 HFSS 标签仿真中 VSWR 异常问题的探讨尹柳中2009-5-11摘要：本文针对HFSS标签仿真中VSWRV1现象做了探讨，主要从驻波比的定义出发，找出了产生这一现 象的原因和条件，同时从论证得出的结论出发，讨论了常见50欧端口 VSWR21的必然性，从而也佐证分析 过程与结论的可靠性。前言：RFID是射频身份识别的英文缩写，读写器天线与标签是RFID系统的两个 重要部分，两者的性能是系统性能高低的关键之一，HFSS等仿真软件的应用是 天线和标签设计的有力手段。在通常的天线仿真中，VSWR21是不诤的常识，然 而，在标签的仿真中，常常还会遇到VSWRV1，甚至为负的情况，让工程师们感
2、 觉困惑，是什么原因导致这一现象值得探讨。图 1 某仿真结果 VSWR理论分析：通常的天线仿真与设计中，都把端口设置为 50 欧，但在 RFID 标签 的设计中，由于无源芯片端口特殊，其阻抗R+jX中，往往虚部较大，X/R在10 左右。为方便讨论，现假定标签天线的端口实际输入阻抗Z = X + jY端口匹配阻抗Z = X + jY由反射系数r定义可推导000Z - Z(X - X ) - j(Y - Y )r =o = o0Z + Z(X + X ) + j (Y + Y )000驻波比(vswr)可用反射系数r表示为：VSWR =1 +riT从驻波比表达式可见：VSWRV1的条件为| 1即1
3、( X - X 0) + j (Y - Y) 1( X + X 0) + j (Y + Y)|用复平面表示为图2 所示阴影区域：在天线、标签中芯片输入阻抗 Z 通常实部在 10-70 欧之间，虚部通常是负几 百，由共轭匹配条件，标签天线的阻抗应分布在复平面第一象限，当然，由于天 线的辐射特性，其阻抗实部为正数，复阻抗不会落在第二、三象限。当天线的输入阻抗落在第四象限阴影部分时，会出现VSWRV1。图3所示 仿真结果就是图 1 现象下的标签阻抗特性。从图 3、图 1 的结果看，符合以上分 析的结论。11 May 2009Ansoft Corporation10:08:23XY Plot 2HFS
4、SDesignl,Freq GHzH: 0.96GHz 4.38 I图3对于通常的天线端口，设置匹配端口特性阻抗为50 欧，用上述分析方法分析，要使其驻波比小于1，其阻抗在复平面必须分布在如图4所示的区域。Z图4考虑天线阻抗实部为正，不可能分布在阴影区域，因此，对实数阻抗的匹配端口而言 VSWR三1恒成立。结论：驻波比小于 1 从数学分析的角度看，是有其存在的依据，仿真出现驻波比异常从 这点看不是软件的问题。问题:这种现象是违背其他的原理，比如能量守恒定律等基本理论尚需讨论。现在已经清楚了，是驻波比公式在端口为复阻抗时应修改为Z - Z (X X ) j(Y - Y )1 = = 00Z + Z *(X + X ) + j(Y - Y )0 0 0
