天線與電波傳播論文-最新不同種類天線介紹

1、zzu-ie-zd最新不同種類天線介紹本文介紹了幾種不同方面，不同類型的新型天線的設計。下面分節(jié)介紹。一、車載低剖面陣列動中通天線設計Ku波段或更高頻段動中通、高速率衛(wèi)星通信已經(jīng)成為一個主要的應用領域。低剖面動中通天線裝車高度低，風阻小，隱蔽性好等優(yōu)點，能夠滿足車載衛(wèi)星天線的迫切要求。根據(jù)車載天線低剖面的新要求，研制了一種高性能、小型化Ku波段雙極化工作的低剖面陣列動中通天線，該天線采用低損耗波導陣列的組陣方式，天線陣列設計為41長條結(jié)構(gòu)，應用了相控電子波束掃描跟蹤技術(shù)，具有跟蹤方式簡單，天線效率高等特點。陣列天線及射頻系統(tǒng)為減小天線剖面高度，充分利用天線的孔徑效率，需采用收發(fā)共用的陣列天線，

2、即在同一輻射口面內(nèi)，實現(xiàn)水平、垂直雙線兩種極化波同時存在，且每一個極化都覆蓋接收和發(fā)射頻段。天線輻射單元采用高效率的諧振式波導腔體結(jié)構(gòu)形式，陣列規(guī)模為32×8單元，饋線部分采用帶線加波導組合方式，以達到低損耗的效果。將天線分為四塊，天線的子陣分布示意圖如圖1所示。每一塊都設計有垂直、水平極化的頻率雙工器，進行收發(fā)分離。對于發(fā)射頻段，采用直接合成的方式，通過后端的發(fā)射極化調(diào)整模塊使得天線系統(tǒng)能夠按照任意線極化方式工作。A子陣B子陣C子陣D子陣圖 1 天線子陣分布示意圖對接收頻段子陣的垂直極化、水平極化信號分別進行射頻放大，輸入到接收極化調(diào)整模塊，通過數(shù)控移相器和數(shù)控衰減器調(diào)整水平極化信

3、號和垂直極化信號之間的幅度和相位，然后通過合路器合成輸出，實現(xiàn)每個子陣極化調(diào)整。最后通過四合一波束形成網(wǎng)絡進行信號輸出。將天線陣列、饋電網(wǎng)絡、LNA、極化調(diào)整模塊和波束形成網(wǎng)絡進行一體化設計，減小了插入損耗，降低天線重量，縮小了天線厚度，提高了天線整體性能。陣列天線射頻部分工作原理框圖，如圖2所示。使用HFSS高頻仿真軟件建模進行了仿真設計，設計的陣列天線結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。通過HFSS仿真得出典型的方位和俯仰方向圖如圖4所示，圖中，EL為陣列天線俯仰方向圖，AZ為陣列天線方位方向圖。由仿真方向圖可以看出，方位面波束寬度約為1°，俯仰面波束寬度約為4°。方位面波束較窄，等效

4、為1.5m 拋物面的波束特性。一般情況下，赤道上空的現(xiàn)有同步通信衛(wèi)星分布間隔為2°，由仿真的方向圖可見，在偏離2°時，已經(jīng)偏離到天線的主波束以外，天線在該方向的增益衰減較大，這對減小相鄰星干擾具有重要作用。設計制造的低剖面陣列動中通天線內(nèi)部結(jié)構(gòu)照片如圖5所示，天線座采用AE型轉(zhuǎn)盤式結(jié)構(gòu)，俯仰工作范圍可達0°90°。設計的天線罩外形直徑尺寸為圖 2 射頻工作原理框圖圖 3 雙極化陣列天線仿真模型圖 4 典型的方位和俯仰方向圖1300mm，剖面高度僅為298mm，天線較高、中輪廓天線具有明顯的外觀優(yōu)勢，在提高載車的機動性、減小風阻方面具有重要作用。圖 5 低

5、剖面陣列動中通天線照片二、基于非對稱U 型槽的GPS 微帶天線GPS微帶天線結(jié)構(gòu)如圖6所示，非對稱U型槽的作用在于實現(xiàn)圓極化工作和減小天線的尺寸。天線的介質(zhì)材料仍然為FR4，介質(zhì)基板的厚度h=3mm。在圖6中，非對稱U型槽除了左、右2個臂長UL，UR是不相等的以外，貼片沿著yz平面是對稱的，通過調(diào)整非對稱U型槽的2個臂長UL和UR，天線可獲得良好的圓極化特性，如果ULUR，則天線為輻射左旋圓極化波(left-handed circular polarization，LHCP)；如果ULUR，則天線為輻射右旋圓極化波(right-handed circular polarization，RHCP

6、)。圖 6 天線結(jié)構(gòu)為了獲得好的性能，借助仿真軟件進行參數(shù)掃頻分析，非對稱U型槽天線的設計可以先從對稱U型槽天線設計入手，然后，將對稱U型槽的一條臂逐漸縮短來完成設計。本文中所設計的天線是為了達到右旋圓極化，所以ULUR。為了方便，在調(diào)試過程中，保持非對稱U型槽的寬度w=1mm不變。改變UL臂的長度，對天線回波損耗S11的影響如圖7所示。同樣，UL臂的長度變化也會對天線的AR產(chǎn)生影響，如圖8所示。若選用UL=UR=17mm，此時是對稱U型槽，天線的回波損耗S11特性比較差，幾乎沒有S11<-10dB的阻抗帶寬，天線也不存在圓極化特性，然后，逐漸縮短UL，當UL大于或小于一定值(UL=11

7、mm) 時，天線的阻抗帶寬都變窄(見圖7) ；圖8中，隨著UL的逐漸變短，由AR最小值所確定的頻率向高頻段偏移，且當 17 / 17圖 7 S11隨UL的變化關(guān)系圖 8 AR隨UL的變化關(guān)系UL=1mm時，非對稱U型槽變成了L型槽，天線仍然有圓極化特性，但回波損耗值增加，天線已經(jīng)無S11<-10dB的阻抗帶寬了。經(jīng)過仿真分析，最后確定天線的尺寸為接地板大小為59mm×59mm；介質(zhì)基板尺寸為59mm×59mm×3mm；正方形貼片邊長L=41mm；非對稱U型槽的尺寸為UL=11mm，UR=17mm，Uc=9.4 mm，到貼片邊緣的距離d=15mm，寬度w=1m

8、m；饋電點dp=3.8mm。天線性能仿真結(jié)果如圖9圖13所示。圖 9 天線S11仿真結(jié)果圖 10 天線AR仿真結(jié)果圖 11 天線AR空域分布特性仿真結(jié)果圖 12 天線RHCP方向圖仿真結(jié)果圖 13 天線LHCP方向圖仿真結(jié)果圖9中，天線在中心頻率f0(1.575GHz)處的回波損耗S11為-14.7dB，阻抗匹配良好；-10dB阻抗帶寬為81MHz(1.5301.611GHz)，滿足GPS接收機天線對阻抗帶寬的要求。天線的右旋圓極化軸比AR如圖10所示，天線在中心頻率處的AR為1.19 dB，天線的圓極化特性良好，3dB圓極化帶寬為21MHz(1.5621.583GHz)。天線的圓極化空域分布

9、特性如圖11所示，天線E面(=0°)的3 dB空域覆蓋達143°(-76°67°)，天線H面(=90°)的3dB空域覆蓋達176°(-90°86°)，可見天線獲得了非常好的廣角圓極化特性。天線的RHCP和LHCP方向圖特性如圖11和圖12所示，天線的增益可達1.66dB，在整個上半平面(-90°90°)，天線的增益大于-7.5dB。E面3dB波束為98°(-49°49°)，H面3dB波束為95°(-47°48°)，E面的3dB波束范圍比

10、H面的略寬，這是因為沿著x方向的槽的長度比沿著y方向的槽的長度要短些；在波束范圍內(nèi)都具有很好的右旋圓極化特性，該天線具有穩(wěn)定的輻射特性。E面上，在=0°方向上，RHCP電平大于其交叉極化LHCP的電平23dB，在-75°66°時，RHCP電平大于LHCP電平15dB以上。H面上，在=0°方向上，RHCP電平大于其交叉極化LHCP的電平23dB，在-90°85°時，RHCP電平大于LHCP電平15dB以上，可見，該天線具有較強的抑制交叉極化和抗多徑干擾的能力。根據(jù)仿真優(yōu)化后的模型對天線進行加工，天線實物如圖14所示。天線的金屬接地板與輻

11、射貼片均采用厚度為0.035mm的黃銅片，天線采用內(nèi)軸的直徑為1mm，阻抗為50的同軸饋電，其回波損耗特性S11采用矢量網(wǎng)絡分析儀進行測試，圖15為天線的S參數(shù)測試結(jié)果。與仿真結(jié)果相比，諧振頻率向低頻稍微偏移，阻抗帶寬特性良好，在實現(xiàn)阻抗匹配的同時，該款天線能正常工作在中心頻率1.575GHz附近的GPS頻段中。測試結(jié)果表明，所設計的天線較適合應用在GPS終端設備中。圖 14 天線實物圖 15 天線S參數(shù)測試結(jié)果三、基于貼片組陣的微帶天線礦難發(fā)生后第一時間獲取事故現(xiàn)場的相關(guān)信息，是快速制定救援方案，贏得寶貴救援時間的關(guān)鍵。針對礦難救援現(xiàn)場對無線通信節(jié)點的實際要求以及節(jié)點本身結(jié)構(gòu)上的限制，通過反

12、復試驗測試對比，設計了一種對稱貼片組陣微帶天線結(jié)構(gòu)。從井下救援環(huán)境對天線的特殊要求考慮，本文采用雙面PCB貼片天線， 其與一般的微帶貼片天線相比，輻射強度增大，使得數(shù)據(jù)的傳輸速率和傳輸距離能夠達到所需的要求，其天線結(jié)構(gòu)如圖16所示。在介質(zhì)板（r=4.4）的兩面分別印制圖上所示結(jié)構(gòu)。圖 16 天線結(jié)構(gòu)其實際上采用的是二元陣列的方式，在普通貼片的基礎上，將多個貼片并聯(lián)起來，原理如圖17所示。采用50的SMA頭。圖 17 貼片組陣其中貼片的長L=c2frr+12-12貼片的寬W=c2fre-2L式中fr諧振頻率e有效介電常數(shù)，由于邊緣場的影響，在設計寬度W的尺寸時應減去2L。本文采用三維電磁仿真軟件

13、HFSS進行天線的設計，通過反復的優(yōu)化和修改，得到天線的尺寸數(shù)據(jù)如下：L1=49.4mm，L2=23mm，L3=6.8mm，L4=9.1mm，L5=6.8mm，W1=4.8mm，W2=4.1mm，W3=0.5mm，W4=1mm。通過實驗得出，所研制的貼片組陣微帶天線已經(jīng)接近外置天線的效果，好于普通貼片天線，能夠較好地滿足救援現(xiàn)場進行視頻與環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。與外置天線相比，貼片組陣微帶天線體積小、功耗低，便于移動機器人的攜帶和現(xiàn)場快速布放。四、新型共形微帶準八木天線本節(jié)設計了一款新型的平面微帶準八木天線，并將其與圓柱面共形。利用電磁場仿真軟件(High Frequency Structure

14、Simulator, HFSS）對天線單元進行了仿真，研究了引向器的數(shù)量和尺寸、輻射偶極子的形狀等結(jié)構(gòu)參數(shù)對天線性能的影響，通過優(yōu)化設計，得到了符合應用要求、性能良好的設計結(jié)果。最后根據(jù)仿真參數(shù)將天線加工成實物，測試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合。平面微帶準八木天線的結(jié)構(gòu)如圖18所示。本天線采用單面微帶結(jié)構(gòu)，與普通八木天線的結(jié)構(gòu)基本相同，天線由輻射振子、反射器、引向器組成。不同的是，用天線接地面做反射單元，通過實驗證明接地面起到了良好的反射作用。本節(jié)采用共面波導(Coplanar Waveguide CPW)直接饋電，不但能簡化饋電網(wǎng)絡，減小天線尺寸，還能增加天線阻抗帶寬。圖 18 平面天線結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)

15、八木天線的設計原理，天線振子的長度應該在0.450.48eff ，引向器的長度應該在0.40.45eff ，引向器與振子之間的距離應該在0.10.3eff ，引向器之間的距離應該在0.150.4eff ，eff為工作波長。天線的諧振頻率主要由天線振子的長度決定，本文所設計天線的諧振頻率設定在900MHz左右。天線選用厚度0.2mm相對介電常數(shù)r1=2.55的介質(zhì)板，這種薄介質(zhì)板易于彎曲并與柱面共形，共形后的結(jié)構(gòu)如圖2所示。為了便于實際加工測試，并且較好地模擬飛行器，柱體選用膠木材料，其相對介電常數(shù)r2=8，柱體半徑R=87mm，高度H=200mm。由于微帶準八木天線結(jié)構(gòu)較為復雜，影響天線性能的

16、參數(shù)很多，逐一優(yōu)化起來會顧此失彼。經(jīng)過仿真，發(fā)現(xiàn)天線阻抗匹配、方向圖、增益等性能主要由輻射器和反射器的結(jié)構(gòu)決定，所以本文主要通過優(yōu)化設計輻射器和反射器的結(jié)構(gòu)來達到最佳性能。圖 19 柱面共形結(jié)構(gòu)示意圖綜合考慮并仿真優(yōu)化，最終確定天線各個參數(shù)如表所示。表格 1 各參數(shù)尺寸（mm）LWHRhwgs180100200870.2212L1L2L3L4L5L6W1W2761522388382015W3W4W5W6W7151114218實際加工制作了天線實物，如圖20所示。天線在微波暗室完成測試，由矢量網(wǎng)絡分析儀測得的反射系數(shù)S11曲線與仿真結(jié)果比較，如圖21所示。實測諧振點位于888MHz，天線在790

17、1080MHz頻帶內(nèi)，回波損耗S11-10dB，相對帶寬約為30%。實測結(jié)果與仿真結(jié)果相比較，諧振點偏小，反射系數(shù)曲線深度變淺，但是S11-10dB的帶寬增加約90MHz。在整個頻帶范圍內(nèi)，S11曲線的變化趨勢及阻抗帶寬與仿真結(jié)果一致。圖 20 天線實物圖 21 實測回波損耗曲線與仿真結(jié)果比較實測天線諧振點888MHz處的輻射方向圖與仿真歸一化方向圖比較，如圖22和23所示。由E面（xoy面）和H面（yoz面）方向圖可以看出，天線輻射最大方向為引向器（正y軸）方向。天線的實測E面3dB波瓣寬度約為120度，H面3dB波瓣寬度約為106度。兩個面的3dB波束寬度均在100度以上，實現(xiàn)了天線寬波束

18、通信的性能。另外，通過與標準喇叭天線比較，測出天線諧振點處的最大增益為3.8dB?？紤]到天線設計在較低頻率以及實現(xiàn)寬波束的功能，所以天線增益不高。經(jīng)過計算，天線效率約為75%，與微帶天線的效率基本一致。圖 22實測方向圖與仿真結(jié)果比較E面方向圖圖 23實測方向圖與仿真結(jié)果比較H面方向圖五、一種Peano 結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線本節(jié)所用的EBG結(jié)構(gòu)為一階Peano結(jié)構(gòu), 如圖24所示。Peano結(jié)構(gòu)也是一種分形結(jié)構(gòu)，可以得到無限周期結(jié)構(gòu)。介質(zhì)基板表面為一階Peano結(jié)構(gòu)，底面為地平面。圖 24 一階Peano結(jié)構(gòu)單元這種結(jié)構(gòu)不容易用集總LC電路來描述，通過有限元計算軟件HFSS對其特性進行分析。利

19、用分析結(jié)果來進行Peano周期結(jié)構(gòu)設計，達到所要求的效果。圓極化天線的優(yōu)點是可以接收多種極化來波，除了和本身反向的回波。因此，圓極化天線廣泛應用于移動通信和GPS中，可以抑制雨霧干擾和多徑反射。本節(jié)采用方形微帶天線作引入微擾s來實現(xiàn)圓極化特性，天線的大小l=0.5g，其中g(shù)為介質(zhì)板中的電磁波波長。g=cfe (5-1)引入的微擾s即微帶天線的切角，可以由下式（5-2）計算，得到微帶天線的基本參數(shù)。e=r+12+r-121+10hl-12ss=12QQ=2ehGl×E2dAE2dl (5-2)根據(jù)上面的經(jīng)驗式（5-2）可以得到圓極化微帶天線的結(jié)構(gòu)。設計的微帶天線中心頻率為8GHz，微帶

20、天線l=6.6mm，切角面積s=1.56mm2，基板的大小為16.4mm×16.4mm，基板高度H=2mm，基板采用介電常數(shù)r=6。同時把Peano結(jié)構(gòu)放到天線周圍，設計Peano結(jié)構(gòu)和天線間距為2mm，大大減小電磁帶隙與天線的間距。EBG結(jié)構(gòu)的尺寸為L=2.78mm，W=0.5mm，G=0.5mm，有EBG結(jié)構(gòu)的切角面積為s=10.24mm2。經(jīng)過仿真優(yōu)化后得到的無EBG結(jié)構(gòu)和有EBG結(jié)構(gòu)的微帶天線如圖25所示。圖 25 天線結(jié)構(gòu)仿真結(jié)構(gòu)圖圖 26 圓極化微帶天線反射系數(shù)從圖25可以看出，EBG結(jié)構(gòu)離天線2mm時，由于減小了諧振腔體的體積，天線的諧振頻率會提高。調(diào)節(jié)圓極化微帶天線的

21、饋點位置和切角大小，可以得到合適的工作頻率。此時天線饋電點不一定在中邊位置，要進行微調(diào)，可以得到良好的圓極化特性和匹配特性。同時EBG結(jié)構(gòu)的帶阻特性能有效抑制微帶天線的表面波，降低天線后瓣。圖26為有EBG結(jié)構(gòu)和無EBG結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線饋電端口的反射系數(shù)（S11）。由于EBG結(jié)構(gòu)的存在，會影響微帶天線表面的電場分布。而微帶天線表面阻抗變化特性與無EBG結(jié)構(gòu)時的天線阻抗變化特性是一樣的。有EBG結(jié)構(gòu)時，天線的匹配特性得到提高，提高天線的工作效率。有無Peano周期結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線的Phi=0°遠場方向圖對比如圖27所示，Phi=90°遠場方向?qū)Ρ热鐖D28所示。沒有EB

22、G結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線方向圖的E面和H面在0°時的天線增益為5.16dB，帶有EBG結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線方向圖在0°時的天線增益為4.3dB。天線增益降低0.9dB。帶EBG結(jié)構(gòu)的微帶天線的波束比沒有EBG結(jié)構(gòu)的微帶天線波束要窄，并且由于EBG結(jié)構(gòu)阻帶的存在，有效抑制了微帶天線的表面波，使得圓極化微帶天線的后瓣明顯減小，比原方向圖減小5dB左右，提高了天線的方向性。圖29為有無EBG結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線的軸比對比圖。一般定義軸比帶寬為低于3dB的頻帶寬為圓極化帶寬，高于3dB的為線極化工作。帶EBG結(jié)構(gòu)的圓極化微帶天線的軸比與沒有EBG結(jié)構(gòu)的天線軸比相近，有EBG結(jié)構(gòu)的微帶

23、天線圓極化帶寬略小于沒有EBG結(jié)構(gòu)的微帶天線。圖 27 微帶天線Phi=0°方向圖圖 28 微帶天線Phi=90°方向圖圖 29 微帶天線軸比在天線陣進行波束掃描時，掃描性能的改變主要受到天線陣元之間的互耦的影響，嚴重時可產(chǎn)生掃描盲區(qū)。另外，波束也與單個天線陣元方向圖有關(guān)，在邊緣的陣元與中心的陣元方向圖差異很大，由此引起天線陣方向圖綜合誤差增大。 當對圓極化微帶天線組成天線陣時進行掃描時，天線陣元之間的互耦會造成方向圖惡化，嚴重時會退化成線極化天線陣。利用EBG結(jié)構(gòu)減小天線陣元之間的互藕，提高天線陣元的獨立性。用兩個圓極化微帶天線測試EBG結(jié)構(gòu)的帶阻特性。 建立的模型如圖3

24、0所示。圖 30 EBG結(jié)構(gòu)天線陣對兩陣元天線的互耦進行對比分析，一種加入EBG結(jié)構(gòu)，另一種不加入EBG結(jié)構(gòu)。陣元間距為13.12mm，也就是0.35。在EBG結(jié)構(gòu)中的兩個微帶天線的反射系數(shù)曲線如圖10所示。在EBG結(jié)構(gòu)中的微帶天線反射系數(shù)沒有變化，即微帶天線的匹配特性基本不受影響。對天線反射系數(shù)影響比較大的是天線與周圍的一節(jié)Peano結(jié)構(gòu)的距離，適當調(diào)整優(yōu)化可以得到良好效果。保持陣元間距不變，分別對有EBG結(jié)構(gòu)和沒有EBG結(jié)構(gòu)的天線陣元互耦進行仿真，得到的結(jié)果如圖32所示。從圖32中可以看出，加入EBG結(jié)構(gòu)后，陣元之間的互耦明顯減小。在8GHz處陣元之間的互耦從-13dB降低到-21dB。所

25、以EBG結(jié)構(gòu)在天線陣中可以有效抑制表面波傳輸，同時保證天線陣元的間距，降低陣元之間的互耦，從而在一定程度上消除天線陣的盲區(qū)，提高天線陣的性能。圖 31 微帶天線反射系數(shù)圖 32 天線陣元互耦曲線六、一種新型UHF RFID抗金屬標簽天線UHF無源標簽的性能主要由兩個方面決定：標簽天線的增益大小以及天線與芯片之間的阻抗匹配。一種提高增益的方法是并聯(lián)多個折疊型偶極子結(jié)構(gòu)，因為額外的偶極子的輻射阻抗能夠提高天線效率，因此本節(jié)提出在傳統(tǒng)偶極子天線結(jié)構(gòu)（圖33）上改造一段環(huán)形微帶線，在不增加天線面積的情況下獲得增益提高。圖 33 傳統(tǒng)天線結(jié)構(gòu)該天線結(jié)構(gòu)由變型彎折偶極子輻射體和環(huán)形微帶線以及矩形饋電環(huán)三部

26、分組成，將芯片貼在矩形饋電環(huán)的開口處進行激勵，利用電感耦合將能量送至兩個中間部分連在一起的彎折偶極子輻射體上。偶極子采用階梯彎折狀可以縮短天線的整體長度，使其結(jié)構(gòu)緊湊面積縮小。天線結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖 34 本節(jié)提出的環(huán)形天線結(jié)構(gòu)將以上兩種天線置于72mm×36mm的金屬板上，采用相對介電常數(shù)為4.4，厚度為1mm 的介質(zhì)板，利用HFSS軟件進行仿真，最終得到功率反射系數(shù)曲線圖，如圖35所示。從圖中可以看到，本文提出的環(huán)形天線在頻率為900MHz時功率反射系數(shù)可達到-22dB，其性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)天線。圖35傳統(tǒng)天線和環(huán)形天線功率反射系數(shù)曲線圖36天線距金屬板距離大小h與功率反射系數(shù)的關(guān)

27、系天線增益大小和它到金屬板的距離密切相關(guān)，表2列出了傳統(tǒng)天線和環(huán)形天線在距金屬板距離h分別為2mm，3mm，5mm，10mm時的增益值；圖36是環(huán)形天線在距金屬板距離為2mm，3mm，4mm，6mm，8mm 時功率反射系數(shù)的曲線。從表2中可以看出，在距金屬板距離相同時，本文提出的環(huán)形天線增益始終優(yōu)于傳統(tǒng)天線，驗證了該環(huán)形天線的高性能。同時，隨著天線到金屬板距離的增加，增益值呈現(xiàn)出不規(guī)律的變化趨勢，因此，通過大量的仿真優(yōu)化，最終觀察到該天線在距金屬板距離為3mm時可獲得最大增益，增益值為2.06dBi。從圖36可以看出，該環(huán)形天線工作在900MHz時性能最好。表格 2 距金屬板距離大小與天線增益

28、的關(guān)系（900MHz）距金屬板距離/mm傳統(tǒng)天線增益/dBi環(huán)形天線增益/dBi2-2.571.7330.922.0651.61.92101.992.31接地面大小是對天線性能影響的另一個因素。通過仿真研究發(fā)現(xiàn)，金屬面大小的變化對諧振頻率、輸入阻抗、帶寬影響較小，但對輻射效率、方向圖的影響較大。表3列出了電子標簽分別位于金屬表面面積為60mm×36mm，72mm×36mm，90mm×36mm時天線增益的變化情況。從表3可以看到標簽在面積為60mm×36mm的金屬表面工作時天線增益較低，只有1.90dBi；隨著金屬表面面積增加到72mm×36mm

29、，天線的增益增強到2.06dBi，但隨著金屬面積的進一步增大天線的增益又有所下降，因此得出天線增益大小變化并不與金屬面大小變化成正比，原因是在金屬表面面積增加到一定程度時，天線的輻射方向會發(fā)生畸變，使得垂直于輻射面的輻射場減弱，此時天線的增益會有所下降。表格 3 金屬表面大小與天線增益的關(guān)系表面面積/mm2增益/dBi60×361.9072×362.0690×361.31圖37為該天線的阻抗曲線，可以看到在900MHz時天線的阻抗為（44.24j5.96），需要選擇阻抗值為（44.24+j5.96）的芯片與天線進行共軛匹配。如果使用的芯片阻抗值不是（44.24+j

30、5.96）而是其他的容性值，可以通過調(diào)整天線的開槽長度來優(yōu)化其阻抗值以達到天線與芯片之間的共軛匹配。該天線采用相對介電常數(shù)4.4、厚度1mm的FR4基板進行加工，實物如圖38所示。圖 37 天線輸入阻抗曲線圖 38 天線實物圖七、一種電磁偶極子超寬帶微帶天線超寬帶偶極子微帶天線結(jié)構(gòu)如圖39、40、41所示，天線的水平部分是電偶極子單元，由等腰直角三角形貼片，等腰梯形貼片和矩形貼片組成，其中矩形貼片與等腰梯形的下底相連，高度33毫米。等腰直角三角形與等腰梯形通過2.5毫米寬的水平縫隙隔開。與三角形貼片直角邊和梯形兩腰相連的短路貼片構(gòu)成了垂直方向上的短路貼片天線，相當于一個磁偶極子，采用型饋線同時

31、激勵電偶極子和磁偶極子，就可以實現(xiàn)E面和H面近乎相等的方向圖。為了調(diào)節(jié)阻抗匹配，饋線高度略低于平面貼片高度，型饋線高21毫米。型饋線包括兩個部分：傳輸部分和耦合部分。傳輸部分是一段寬度由下向上逐漸變細的微帶線，寬度漸變的微帶線比常規(guī)的矩形微帶線可以實現(xiàn)更好的阻抗匹配，傳輸部分底部寬3.2毫米，與地板下面的同軸線接頭相連接，頂部寬1.5毫米，與耦合部分相連，傳輸部分與鄰近的垂直短路貼片共同構(gòu)成傳輸線模式，將同軸線信號傳輸至型饋線的耦合部分；型饋線其余部分即為型饋線的耦合部分，耦合部分的水平部分呈感性，豎直部分靠近短路貼片，主要呈容性。通過調(diào)節(jié)L饋線水平和垂直部分的尺寸，可以實現(xiàn)良好的阻抗匹配。型饋線的水平部分較寬，為2.5毫米，并不與附近短路貼片相連，而是穿過在垂直短路貼片上的打孔向下彎折。由于天線工作頻帶很寬，為了防止高次模的出現(xiàn)導致天線增益和方向圖變差，在反射板邊沿添加了金屬圍欄改善增益和方向圖指標,包括傾斜部分和垂直部分。傾斜部分底部與反射板相連，頂部與垂直金屬圍欄部分相連。傾斜部分斜面長56.9毫米，高33.5毫米，垂直部分