在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)快速發(fā)展的推動(dòng)下，超高頻（UHF）RFID系統(tǒng)在物流、倉(cāng)儲(chǔ)、零售及智能制造等領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。特別是在密集標(biāo)簽識(shí)別（Dense Reader Mode, DRM）場(chǎng)景中，RFID系統(tǒng)對(duì)天線設(shè)計(jì)、電磁兼容性（EMC）、信號(hào)完整性（SI）等PCB級(jí)別的性能提出了更高的要求。如何在PCB設(shè)計(jì)中優(yōu)化UHF RFID的密集標(biāo)簽識(shí)別能力，成為PCB設(shè)計(jì)工程師的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。本文將從天線匹配、電磁干擾控制、板材選擇、阻抗控制以及系統(tǒng)調(diào)試五個(gè)方面，深入探討優(yōu)化策略。1. UHF RFID密集識(shí)別場(chǎng)景的挑戰(zhàn)UHF RFID系統(tǒng)通常工作在860 MHz – 960 MHz頻段，其通信基于反向散射原理。在密集標(biāo)簽識(shí)別環(huán)境下，多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)響應(yīng)讀寫器指令，造成信號(hào)重疊（collision）、多徑干擾（multipath fading）及互調(diào)干擾（intermodulation distortion）等問題。同時(shí)，多讀寫器共存時(shí)也容易引起頻率干擾，影響識(shí)別率。在PCB層面，如何實(shí)現(xiàn)高效的天線耦合、最小化信號(hào)損耗及互擾，是優(yōu)化RFID系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。2. PCB天線設(shè)計(jì)與匹配優(yōu)化2.1 天線類型選擇在UHF RFID應(yīng)用中，常用的PCB天線類型包括倒F天線（Inverted-F Antenna, IFA）、微帶貼片天線及偶極子天線。對(duì)于空間受限或成本敏感的應(yīng)用，IFA因其尺寸緊湊和調(diào)諧靈活性受到青睞。2.2 天線阻抗匹配天線與射頻前端（如功率放大器或低噪聲放大器）之間的阻抗匹配直接影響信號(hào)反射損耗（S11指標(biāo)）。通常目標(biāo)匹配阻抗為50Ω。通過調(diào)節(jié)天線饋點(diǎn)位置、加載匹配網(wǎng)絡(luò)（如π型網(wǎng)絡(luò)）、或使用Smith圓圖法進(jìn)行優(yōu)化，可以顯著提升反射性能，進(jìn)而提高標(biāo)簽識(shí)別靈敏度。2.3 天線布局策略在密集標(biāo)簽識(shí)別場(chǎng)景中，天線的輻射方向性和增益對(duì)系統(tǒng)性能影響顯著。建議：采用多極化（如線極化+圓極化）設(shè)計(jì)以適應(yīng)標(biāo)簽任意方向；避免天線與金屬地平面過近，防止諧振頻率偏移；預(yù)留足夠的天線凈空區(qū)，防止被鄰近器件耦合干擾。3. 電磁干擾與EMC控制3.1 高頻隔離設(shè)計(jì)UHF頻段下，信號(hào)路徑極其敏感。應(yīng)采用如下策略降低EMI：盡量使用差分傳輸結(jié)構(gòu)，以抑制共模干擾；高頻線布線避免90°轉(zhuǎn)折，并保持走線連續(xù)光滑；高頻線與其他信號(hào)層保持足夠間距，減少串?dāng)_（crosstalk）；使用屏蔽地層或GND via柵欄包圍射頻走線。3.2 電源完整性與濾波電源噪聲直接影響射頻模塊的穩(wěn)定性。建議在RF前端供電路徑上添加LC低通濾波器或π型濾波器，并靠近器件布置去耦電容（典型值為100nF～1μF）。4. 板材與層疊結(jié)構(gòu)選擇4.1 高頻板材傳統(tǒng)FR-4材料在UHF頻段下?lián)p耗較大。推薦使用低損耗板材如Rogers RO4350B、Taconic TLX等，其介電常數(shù)穩(wěn)定性和低耗散因子（Df）有助于保持信號(hào)完整性。4.2 層疊結(jié)構(gòu)優(yōu)化合理的層疊結(jié)構(gòu)可以提升傳輸線的阻抗控制精度和EMC性能。例如：頂層用于RF天線及射頻通道；中間層作為完整接地層，形成參考平面；信號(hào)層與接地層之間保持適當(dāng)介質(zhì)厚度（通常為0.2～0.3mm）以控制微帶阻抗。5. 多標(biāo)簽抗沖突協(xié)議支持與硬件協(xié)同設(shè)計(jì)雖然EPC Gen2協(xié)議已內(nèi)建防沖突機(jī)制，如ALOHA算法和時(shí)隙隨機(jī)化，但在硬件設(shè)計(jì)中，仍可通過提高信噪比（SNR）和接收靈敏度，提升協(xié)議執(zhí)行效率。可行的優(yōu)化包括：使用低相位噪聲的本振（LO）器件；調(diào)整前端增益器件的線性范圍，防止近距離標(biāo)簽信號(hào)“淹沒”遠(yuǎn)距離標(biāo)簽；加強(qiáng)本地解調(diào)與數(shù)字處理模塊的濾波能力，提升多標(biāo)簽解碼能力。6. PCB調(diào)試與測(cè)試建議在實(shí)際調(diào)試階段，建議使用以下方法驗(yàn)證設(shè)計(jì)有效性：使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）測(cè)試天線S11參數(shù)與帶寬；利用頻譜儀觀察干擾信號(hào)與互調(diào)產(chǎn)物；在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中進(jìn)行標(biāo)簽識(shí)別距離、角度、數(shù)量測(cè)試，對(duì)比識(shí)別率；使用近場(chǎng)探頭掃描PCB板面，查找潛在的EMI熱區(qū)。結(jié)語(yǔ)超高頻RFID在密集標(biāo)簽環(huán)境下的識(shí)別性能，不僅依賴于協(xié)議層的優(yōu)化，更深層次地依賴于PCB設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性優(yōu)化。從天線匹配到電磁兼容，從板材選擇到信號(hào)完整性，每一個(gè)細(xì)節(jié)都可能成為影響識(shí)別率的關(guān)鍵因素。面向未來(lái)更高頻率、更高密度、更復(fù)雜環(huán)境的RFID應(yīng)用，PCB設(shè)計(jì)師需要具備跨領(lǐng)域的系統(tǒng)思維，融合射頻、電磁、信號(hào)處理等多方面知識(shí)，才能打造出真正高性能的RFID硬件平臺(tái)。