本节介绍了专为薄基底（h<1mm）开发的两个天线设计，包括使用自己的接地层或使用其支持层作为接地层。

第一个设计是嵌入反馈贴片的集成短路传输线[Ⅺ13]，其中天线阻抗的实部和虚数部可独立调整（见图2.56）。其嵌入反馈允许天线电阻调谐，而电抗被短路的传输线负载控制。在TM₁₀模天线的谐振频率附近，标签天线的阻抗可以通过一个集总元件等效电路进行建模，如图2.57所示。在该模型中，RLC并联（即R_a，L_a，C_a）的模型中嵌入反馈模块，而串联连接的电感器（即L_t）模型的短路传输线。根据天线模型，天线阻抗的典型曲线图如图2.58所示。

短路传输线负载被用于调整天线阻抗的虚部。根据图2.58所示，很容易找到补偿该芯片电容X_ic和X_max。根据图2.57所示的天线模型，可以认为X_max满足式（2.78）：

图2.58也验证了式（2.78）。因此，为了实现预期的X_max、L_t和R_a需要做出调整。除了标签天线的几何变量，L_n和W_f是控制L_t的两个关键变量。另外，使用嵌入反馈调整R_a。当反馈接近贴片中心时，R_a会减小。此外，共轭匹配也需要考虑以便在一个合适的L_n时，R_a/2等于该芯片电阻。

图2.56 嵌入反馈贴片的集成短路传输线[XI 13]

图2.57 集总元器件模型[XI 13]

图2.58 天线的输入阻抗[XI 13]

在[XI 13]中使用的标签芯片是Higgs-3。根据如上所述的阻抗匹配策略，三种金属标签天线的基底厚度分别被设计为0.855mm、0.513mm和0.171mm。它们的尺寸都是99.9mm×45mm。用于这些天线设计的材料参数与第2.5.1节中的是相同的。三种芯片阻抗设计的仿真和测量的回波损耗显示在图2.59中。由于双调谐，在h=0.513mm和h=0.171mm时的阻抗带宽比h=0.855mm时大。

对于较厚的基底（比如在UHF RFID频带中h>1mm），在一个很宽的频带范围上辐射效率的频率响应是稳定的。因此，没有必要看辐射效率的带宽，因为它比阻抗带宽大得多。然而，对于所提出的超低剖面金属标签天线，情况和上述不同。三种标签天线的辐射效率变化仿真情况可以在图2.60中得到。辐射效率峰值出现

图2.59 三种天线厚度下的回波损耗

图2.60 作为频率函数的标签天线的仿真辐射效率图(www.daowen.com)

在天线的谐振频率处。注意到，由于嵌入反馈贴片存在槽口，该天线谐振频率大约为942MHz，比925MHz稍高。

对于给定的基底厚度，最窄的辐射效率的带宽总是发生在只考虑导体损耗时。这意味着，导体损耗比介电损耗更依赖于频率。在非常小的基底厚度下，辐射效率带宽比相应的阻抗带宽窄得多。

因此，可以得出结论，当一些反馈结构被添加到通用的贴片天线来匹配标签芯片的阻抗时，辐射效率的带宽会显著地减小。当基底厚度减小时，辐射效率带宽会大幅度地减小。因此，在基底厚度很小时，就必须考虑到辐射效率带宽这一因素。

标签原型的可读范围通过被放置在300mm×200mm的金属板内进行测量。可读范围的测定结果如图2.61所示。当h=0.855mm、0.513mm和0.171mm时，最大读取范围分别是7.9m、5.1m和2.2m。有趣的是，最大读取范围大致正比于基底厚度。当h=0.855mm时，可读范围的带宽是由阻抗带宽来决定的。当h=0.171mm时，可读范围的带宽受到辐射效率带宽限制。换句话说，对于在极小基底厚度下来实现金属标签天线，可读范围的频率响应是由辐射效率而不是功率传输系数决定的。

图2.61 标签原型的实测读取范围

第二种设计是一个双波段RFID天线，可以覆盖欧洲所使用的866MHz的频带，也可覆盖在北美和南美使用的915MHz的频带。天线的结构如图2.62所示。该天线由两个贴片阵列组成：866MHz的A1A2和915MHz的B1B2，以及作为接地面的超薄柔性基底聚丙烯。由于柔性基底PP的厚度（ε_r=2.4，tanδ=0.02）仅为0.55mm，这会导致读取范围较小，因此使用阵列设计来增加标签天线的增益。两个贴片阵列A1A2和B1B2都是对称的，以方便连接Monza4标签芯片（芯片端口的连接：端点1“RF1”+“RF1”连接到A1A2，端点2“RF2”+“RF2”连接到B1B2）的双端独立端口。贴片阵列在基底的两端都是对地短路的，使得贴片的长度L_p=43.6mm更接近于谐振天线四分之一波长。

图2.62 双波段天线的构型

虽然天线的谐振频率由贴片的长度L_p决定，但是两个频带之间的频率差受参数W_p1和W_p2（W_p1是A1和A2的为866MHz的宽度和W_p2是B1的宽度和B2为915MHz）影响。此外，通过调整狭槽l₁、l₂和L_s的长度，双端口的输入阻抗可以很容易达到共轭匹配。天线的实际总尺寸是长×宽=90mm×30mm。最佳设计参数如下：W_p1=14mm（866MHz），W_p2=11mm（915MHz），W_p3=3.4mm，L_s=39.5mm，l₁=10.2mm（866MHz），l₂=5.5（915MHz），S₁=0.5mm，S₂=0.8，S₃=1mm和W_line=1mm。

图2.63 双频带天线回波损耗的实测和仿真曲线

图2.63表明欧洲频带（866～868MHz）被-20dB带宽（847～848MHz）的3.5%覆盖，而北美频带（902～928MHz）被-20dB带宽（847～848MHz）的5.6%覆盖。该结构的-10dB带宽比常规微带线贴片天线更宽。由于计算的增益只有-10dB，它的天线效率可能是非常低的（百分之几）。当天线被安装在一个150m×150m的金属板（见图2.64）内时，在866MHz时最大读取范围为3.5m，在915MHz时为3.6m。另外，该读取范围曲线证实，该天线不仅具有双频特性，而且还均衡每个频带的读取范围性能。

图2.64 双波段天线的实测读取范围