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标题: 基于RFID的小型圆极化天线的研究 [打印本页]

作者: 520503 时间: 2013-12-16 23:21 标题: 基于RFID的小型圆极化天线的研究

在RFID系统中，标签摆放姿态的不固定要求读取其信息的阅读器天线是圆极化，而小型圆极化天线在RFID中有重要应用且成为研究热点。文中设计并研究了一款902～928 MHz的6 dBi小型圆极化天线，轴比<3 dB。

1 具体设计方案的分析及选择
微带天线利于选取合适的馈电位置使辐射元与馈线良好匹配，且体积小剖面低、电性能优良、实现了一维小型化。基于此及小型化天线采用微带天线形式。而微带天线实现圆极化的馈电方法主要有：双馈点馈电和单馈点馈电。其中每一种馈电方法又分别可采用直接馈电、缝隙耦合馈电、探针馈电等多种馈电方式。双馈点法需要制作独立的3 dBi耦合器，形式复杂且对隔离端口隔离度要求很高，暂不考虑；缝隙耦合法在设计小尺寸天线时增益很难到达6 dBi的设计要求；探针馈电难以兼顾驻波比、轴比、增益同时达到最佳状态。

直接馈电的单馈点法不需设计任何复杂的移相网络和功率分配就可实现圆极化辐射，是实现圆极化的简单易行的方法，所以采用单馈点直接馈电的方式馈电。基于空腔模型理论设计在方形贴片上通过切角引入几何微扰，即附加简并模分离单元，使简并正交模的谐振频率产生分离。方形切角天线具有较宽的极化和阻抗带宽。边沿馈电技术易控制输入阻抗水平，随着馈线和贴片接触点不同谐振阻抗从几欧到 250Ω不等，考虑阻抗匹配则采用边沿馈电。但由于微带天线谐振腔内高Q值谐振特性导致窄频带特性。天线采用增大基片厚度和降低基片相对介电常数来降低Q值。基片介电常数越低、厚度越厚，其Q值越小则带宽越大。但基片过厚，基片厚度和波长之比过大会加大表面波辐射损耗，引起表面波的明显激励以致辐射效率降低，厚度的增加只能在保证表面波激励最小的条件范围内增加。所以设计此时没有一味增加基片厚度而是采用在FR4介质基片上进行挖孔。空气的介电常数为1，小于FR4的介电常数，从而使等效相对介电常数减小。

这样既降低了介电常数又控制了厚度从而不会影响小型化和避免了辐射效率低，这是本天线的一大创新点，即可通过调整挖孔大小来方便的调节介电常数，使介质等效介电常数在1~4．4范围内变化，等效介电常数由FR4的体积与圆孔体积的比例大小决定。通过某种形式的电抗加载可增加系统带宽，运用此概念用寄生加载来增加带宽。为避免共面寄生加载时辐射方向图随频率有较大变化，采用不共面寄生加载，设置一块铜片作为寄生单元放在主馈贴片上面以提供容性电抗来增加带宽。文中还采用加阻抗匹配网络来展宽带宽。

匹配网络采用与微带馈线先串联电容，再引入一块铜片与壳体形成结构电容，焊接在微带上，相当于并联一定值电容，可通过调节铜片位置及大小进行匹配以达到驻波和带宽要求。结构电容的引入是本天线另一创新点，解决了一般阅读器天线不好加载匹配的问题，通过调节铜片面积及与壳体距离可方便调节并联电容大小。展宽带宽及低介电常数可增强产生辐射的边缘场，且介质基片损耗必须足够小以降低衰减，故采用价格低廉的FR4作为介质板，介电常数为4．4，损耗角为0．02，满足低损耗低介电常数的特点。且采用填充FR4介质可实现小型化。主辐射面边长

谐振频率给定时尺寸与

成反比，介电常数增大，天线尺寸将减小。采用填充介质RF4后比没填充介质前体积减小近一半以实现小型化。综上所述得出设计方案，结构如图1所示。

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