1 引言

射频识别技术是一种无线的、非接触方式的自动识别技术，是近几年发展起来的前沿科技项目。而标签天线作为射频识别系统实现的关键部件，它的优化设计对于降低本钱，减小体积起到重要的作用。低频和高频频段标签天线的主要形式是线圈。在低频频段减小天 线体积的方法主要是在线圈中插进具有高磁导率的铁氧体材料，这样就可以进步天线的磁导 率，即可在等效面积变小的情况下得到足够的开路电压。高频频段主要是采用将天线集成到芯片上的方法来实现减小体积，降低本钱的目的。集成天线可选的结构有平面螺旋形，栅形和螺线管形，但是考虑到天线的总等效面积只能选用平面螺旋结构。

国内外对平面螺旋结构的集成线圈天线所做的研究很多，但是涉及的内容主要是针对集 成天线在超高频下线圈Q值的进步题目。在较低频率的场合，线圈本身的Q值十分小， 对系统的工作性能并不能起到决定性的作用。在这样的情况下更关注能量的传递能力，所以 我们关注的不再是电感本身的Q 值，而是整个电路的Q 值，即电路的工作效率。现有的高频 频段集成线圈天线的设计主要是依靠经验选择参数进行重复迭代 ，这样的方法要求设计职员有一定的背景知识，需要依靠经验对参数进行选择和调节，而且工作重复费时。并且由 于采用简单的迭代选择的方法，可改变的参数有限，所以都是在特定工艺的条件下进行设计。

本文使用遗传算法对片上天线的几何参数和工艺参数优化。可以根据实际情况和用户的要求设定约束条件，如版图面积，最小开路电压，最小输进功率等。通过设定约束条件，可 以设定参数的调节范围和天线的性能要求，便可以在更大范围内自主地选择合适的参数以提 高能量传递效率。

2 运用遗传算法对集成线圈天线进行优化设计

遗传算法是一种有效的全局搜索方法 ,从产生至今不断扩展其应用领域 ,比如产业设 计、制造业、人工智能等。在本节中 ,将先容利用遗传算法优化设计应用于高频标签的集成 线圈天线的方法 ,本文利用回路品质因数作为适应度函数 ,求满足系统要求并且电路效率 最高的线圈几何参数。

2.1 染色体设计和初始化

集成线圈天线的设计是通过设计适当的几何尺寸，使线圈达到系统要求的性能。而线圈 需要变化的几何参数有外边长l,线圈匝数n,线宽w,间距s,金属厚度t,螺旋结构与衬底间的氧化层厚度tox,螺旋结构与下层通道之间的氧化层厚度tox/2。在工艺条件可选的情况下， t,tox,tox/2 这三个工艺参数可以参与优化，参与进化的参数为{l,n,w,s, t,tox,tox/2}。在工艺条件固 定的情况下，t,tox,tox/2 是定值，此时参与进化的参数为{l,n,w,s }。我们将每个十进制参 数编码成一个8字节的二进制数，然后将所有参与进化的参数的二进制数组合起来形成一个染色体。

在遗传算法初期，要天生一个初始种群，这个种群是由M 个染色体构成的。其中，对于 群体大小M 的选择方面，Goldberg 提出了一种根据染色体长度来计算最佳种群大小的启发 式求解方法 ，但是运用这种方法计算的种群大小M 随染色体的长度程指数递增，这样庞大 的种群数目对计算效率影响是很大的。在其后，Hesser 等提出公道的种群大小应该控制在3到110之间 。

本文将群体大小M设定为50. 2.2 个体*价一个染色体的好坏，需要利用适应度函数进行*价，并且设定一些约束条件对染色体的 进化方向进行进一步的引导。本文对集成线圈天线的设计主要是通过选择适当的几何参数， 使线圈天线能够满足芯片的最大版图要求lmax，最小工作电压Vr以及最小工作功率Pr的要 求，在此基础上进行进化，得到最好的回路品质因数Q，以达到进步电路工作效率的目的。