本节的重点是制造标签天线时所使用的材料的影响，比如线性铁圈和绝缘基底。首先，研究由这些参数和天线效率的影响带来的损失。其次，分析谐振频率和输入阻抗的去谐效应。

1.非导电损失的通用公式

在介电加热下的介质体积（V）中功耗如下：

式中，ξ_r和tanδ分别为相对介电常数和介电损耗角正切。由于介电损耗与tanδ成正相关关系，我们的结论是，损耗角正切值越大，越多的能量从电场转换为热量。这意味着，如果有一个有耗损介质材料在标签附近，标签将会失去在电介质中从阅读器接收功率的功能。我们期望看到标签天线性能的降低。有极性分子的材料，如水，特别是有高介电损失。然而，在目标含水情况下具有好的标签性能的挑战不仅是由于高介电损耗，还由于水高约81的相对介电常数。

由于欧姆传导在金属表面（S）的功耗定义如下：

式中，表示磁场的切面的元件；R_S表示表面电阻，由下式给出：

我们的结论是，导通损耗与成正相关关系。在高频率的良好导体里，如超高频，电流密度是集中在靠近导体表面的区域。入射电场中，在导体表面以下的深度，电流密度下降，与1/e这个因素有关，被称为趋肤深度，用来表示。δ的值相当于2μm铜在900MHz的值。当导体的厚度等于或小于趋肤深度，表面电阻与导体厚度成反比，因此印制RFID天线的厚度小于趋肤深度将导致低效率。

2.介电损耗分析

效率分析是基于[CHO 07]提出的一个简单的弯折标签结构的运行情况的（见图2.18），它使用T-匹配网络来匹配安装在天线中心的商业标签芯片。

三种不同的，分别由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）（ε_r：3.9，tanδ：0.03，厚度：50μm）、Duroid（ε_r：2.2，tanδ：0.0009，厚度：127μm）、FR-4（ε_r：4.25，tanδ：0.02，厚度：1.6mm）制成的基底材料用于检验基底材料和厚度对标签天线的影响。一个给定的标签的天线尺寸的读取范围如图2.19所示。当天线的尺寸由于天线的辐射效率的下降而减少，读取范围也随之迅速减小。同样明显的是，使用高损耗基底FR-4会导致较低的天线效率和较短的读取范围。通过使用薄的基底，如PET，标签的读取范围可以大大增加，其值接近于低损耗和高成本的基板材料的值，如Duroid，此时的PET损耗相当于FR-4。图2.20显示了对于一个给定大小的天线的基底厚度与辐射效率的关系（kr=0.6）。正如预期的那样，作为基底，厚度增加，效率降低。对于薄基底（小于0.4mm），其损耗对辐射效率的影响与三种材料相比减少不低于80%。

最后，图2.21中绘制了天线效率，当标签贴在不同的介电材料（2mm厚）上时表现出不同的介电常数和损耗。显然，随着含标签物品介电常数和损耗角正切增加时，效率降低。这些结果表明，设计标签天线时含标签物品的电气特性是必须要考虑的。

图2.18 使用弯折标签天线的几何介电损耗研究

图2.19 读取距离与天线尺寸和基底

(www.daowen.com)

图2.20 天线效率与基底的厚度和基底的关系

图2.21 相对于含标签物品的介电性能的天线效率

3.金属损失分析

由于铜和银电导率值分别为σ=5.8×10⁷S/m和σ=1.6×10⁶S/m，我们有希望降低银墨印制性能[NIK 05]。银墨印制和铜腐蚀的性能比较如图2.22所示。对于小尺寸天线，随着银墨的消耗，其读取范围会明显衰落（kr<0.5）。

接下来，检查由于电线厚度变化引起的性能变化，如图2.23所示。用铜金属线的PET基底印制天线，其厚度变化范围在0.1～0.5μm。铜线的厚度小于0.7μm时，读取范围迅速下降。当金属线厚度小于趋肤深度（在900MHz时铜的趋肤深度为0.7μm），导通金属线产生的损耗显著上升，而天线效率则大大降低。从这些结果中，可以看到金属线的厚度应大于可读的趋肤深度。

图2.22 读取范围相对于天线尺寸和金属线的导电性

图2.23 读取范围与金属线的粗细

4.天线失谐

为了说明含标签物品的介电材料的影响，图2.24所示的标签的读取范围是频率的函数，如图2.25所示，可读有效辐射功率ERP=2W[RAO05]。考虑三种配置情况：标签在自由空间中；标签在盒1中，盒1是一个空的纸板箱；标签在盒2中，盒2是一个内放有ε_r=2.87的塑料材料的纸板箱。当标签放在其中任意一个箱子中时，由于介质负载其读取范围会向下移动。然后，通过减少负载条和弯折来调谐标签，如图2.24所示。每一盒的调谐是不同的，其目的是移动读取范围峰值在868MHz频段。现在提出的标签设计已经满足了对于盒1和盒2两种情况下的希望的读取范围（>2m）均在868MHz和915MHz的频带的要求。

图2.24 使用加载弯折天线的RFID标签

图2.25 不同含标签物品的RFID标签范围与频率的变化

盒1—空纸箱 盒2—内有塑料材料（介电常数ε_r=2.87）的纸板箱