采用二级离散复镜像法分析同轴馈电微带天线的输入阻抗

现代电子技术Modern Electronics Technique2023年4月1日第46卷第7期Apr.2023Vol.46No.70引言同轴馈电微带天线是在一个薄介质基片（如聚四氟乙烯玻璃纤维压层材料）上，一面满附金属薄层接地，另一面用蚀刻特定形状的金属贴片，利用同轴探针对贴片馈电构成的功能部件。

微带天线模型如图1所示。

图1微带天线模型微带天线是20世纪中后期逐渐发展起来的一种新型天线。

微带天线有着体积小、重量轻、制造成本低、容易实现共形等优点，同时，可方便地实现线极化或圆极化以及双频工作，因而，被广泛应用于飞机通信、导航、识别、雷达、广播和航空航天等领域。

特别是随着各类机载平台的轻量化以及低RCS 需求，微带天线作为相控阵天线、共形天线的主要实现形式，逐渐成为天线领域的主要发展方向[1⁃6]。

应用实例见图2。

相信随着需求的推动及技术的发展，这种天线的应用会越来越广泛。

图2微带天线的应用实例同轴馈电微带相控阵天线集成技术万录明（中国电子科技集团公司第十研究所，四川成都610036）摘要：以某毫米波同轴馈电微带相控阵天线为例，介绍了微带天线阵面的结构组成，分析了其工艺特点并指出工艺实现的难点。

提出了微带天线阵面集成工艺方案，包含微带与金属底板层压技术、阵列SMP 连接器焊接技术和集成效果检测技术。

通过工艺试验结果验证表明，采用的集成工艺方案生产的同轴馈电微带相控阵天线阵面层压与焊接质量良好，空洞率指标、层压抗脱落强度和焊接强度均满足设计要求，能应用于实际同轴馈电微带相控阵天线阵面生产。

关键词：同轴馈电；微带相控阵天线；集成工艺；层压工艺；焊接工艺；实验验证中图分类号：TN828⁃34；TG454文献标识码：A文章编号：1004⁃373X （2023）07⁃0014⁃04Array integration technology of coaxial feed microstrip phased array antennaWAN Luming（No.10Reasearch Institute of China Electronic Technology Group Coorporation ，Chengdu 610036，China ）Abstract ：By taking a millimeter ⁃wave coaxial feed microstrip phased ⁃array antenna as an example ，the structure and composition of the microstrip antenna array are introduced ，its process characteristics are analyzed and the difficulties of process realization are pointed out.An integrated process scheme of the microstrip antenna array is proposed ，including the microstrip and metal substrate lamination technology ，array SMP connector welding technique and integration effect detection technology.The verification of the process test results show that the array lamination and welding quality of coaxial feed microstrip phased⁃array antenna produced by the integrated process scheme are all right ，and the void ratio index ，lamination anti ⁃shedding strength and welding strength can meet the design requirements.It can be applied to the production of actual coaxial feed microstrip phased⁃array antenna array.Keywords ：coaxial feed ；microstrip phased ⁃array antenna ；integration process ；lamination process ；welding process ；experimental verificationDOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2023.07.004引用格式：万录明.同轴馈电微带相控阵天线集成技术[J].现代电子技术，2023，46（7）：14⁃17.收稿日期：2022⁃08⁃13修回日期：2022⁃08⁃3014第7期同轴馈电式微带相控阵天线阵面是一种典型结构，结构组成较为简单，通常由金属底板、微带板和SMP 连接器互联形成[7⁃8]，三个组成件本身的制造是常规的，但在同轴馈电微带相控阵天线阵面装配方法与工艺控制措施方面仍存在较多工艺难点。

第一章论文设计研究背景1.1微带天线的发展1.1.1天线天线是作无线电波的发射或接收用的一种金属装置(如杆、线或线的排列)。

在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。

无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。

此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。

一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。

同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。

这就是天线的互易定理。

天线的分类：①按工作性质可分为发射天线和接收天线。

②按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线等。

③按工作波长可分为超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线，微波天线等。

④按结构形式和工作原理可分为线天线和面天线等。

描述天线的特性参量有方向图、方向性系数、增益、输入阻抗、辐射效率、极化和频率。

天线按维数来分可以分成两种类型：一维天线和二维天线一维天线由许多电线组成，这些电线或者像手机上用到的直线，或者是一些灵巧的形状，就像出现电缆之前在电视机上使用的老兔子耳朵。

单极和双级天线是两种最基本的一维天线。

二维天线变化多样，有片状（一块正方形金属）、阵列状（组织好的二维模式的一束片），还有喇叭状，碟状。

1.1.2微带天线微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。

早在1953年就提出了微带天线的概念，但并未引起工程界的重视。

在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的发展和使用是在70年代。

常用的一类微带天线是在一个薄介质基(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。

当贴片是一面积单元时，称它为微带天线；若贴片是一细长带条则称其为微带阵子天线。

图1所示为一基本矩形微带天线元。

长为L，宽为W2的矩形微带天线元可看作一般低阻传输线连接两个辐射缝组成。

天线辐射的功率有些方向大，有些方向不同型式的天线，它们的方向图也不相维的立体图形，因而被称为立体方向图。

功率方向图中，功率为主瓣最大值一半在电场方向图中，相应于半功率点的绝方向系数是在相同辐射功率条件下，在如果辐射强度定义为方向系数的另一等价表示式为如果一般来说，载有高频电流的天线导体及天线效率定义为天线辐射功率与输入功其中：可见，要提高天线效率，必须尽可能减考虑到天线输入端的电压反射系数，则因为天线从发射机得到的功率大于实际方向系数、增益与效率的关系在实际应用中，有时以自由空间的半波在改以半波天线作比较标准时，相应的天线的输入阻抗是天线在馈电点的电压与天线的型式，使用的波长以及周围物求出天线的输入阻抗之后，就可据此设天线的输入阻抗：其中：有功功率以损耗和辐射两种方式耗散电工程上对天线系统提出的设计要求是规天线的极化是指该天线在给定方向上远辐射波的极化:在空间固定位置上，沿着极化可分为线极化、圆极化和椭圆极化。

天线不能接收与其正交的极化分量。

对于椭圆极化，在给定位置上电场随时轴比有时带有符号，即右旋极化为正，天线的相位中心是其远区辐射场的等相天线的相位中心应与其几何中心一致，天线相位中心与几何中心存在偏差，称天线的带宽定义为天线某个性能参数符天线除了能够接收无线电波之外，还能天线接收的噪声功率的大小可以用天线将接收天线视为一个温度为其中当接收天线距发射天线非常远时，接收可见，增大增益或减小等效噪声温度均应用瑞利其中常规天线方向性系数：空间噪声源的噪声温度；T A：天线输出端传输线的衰减也会降低噪声功率，因而其中α为传输线的衰减常数（整个接收系统的有效噪声温度为天线的散射场包括两部分，一是与天线前者确定了天线的结构散射雷达截面，其中前者是天线对来波直接散射构成。

后者则是天线接收来波后又重新辐射而。

同轴馈电矩形微带天线同轴馈电矩形微带天线⼀、实验⽬的1.熟悉同轴馈电矩形微带天线的辐射机理2.学会估算馈电点的位置⼆、实验原理同轴线馈电的矩形微带天线结构下图所⽰，其辐射贴⽚尺⼨和微带线馈电的辐射贴⽚尺⼨⼀致。

在阻抗匹配⽅⾯，使⽤同轴线馈电时，在主模TM10⼯作模式下，馈电点在矩形辐射贴⽚长度L⽅向边缘处（X= ±L/2)的输⼊阻抗最⾼，约为 100Ω-400Ω。

馈电点在宽度w⽅向的位移对输⼊阻抗的影响很⼩，但在宽度⽅向上偏离中⼼位置时，会激发了TM1n模式，增加天线的交叉极化辐射，因此，宽度⽅向上馈电点的位置⼀般取在中⼼点（y=0);⽽在辐射贴⽚的⼏何中⼼点（x=0，y=0)处的输⼊阻抗则为0，亦即此时⽆法激发TM10模式。

在y=0时，x轴上的阻抗分布下式可以直接近似计算出输⼊阻抗为50n时的馈电点的置为：式中：本次设计为中⼼频率为2.45GHz的矩形微带天线，并给出其天线参数。

介质基⽚采⽤厚度为1.6mm的FR4环氧树脂（FR4 Epoxy）板，天线馈电⽅式选择50Ω同轴线馈电。

天线尺⼨的估算：辐射贴⽚宽度：w=37.26mm辐射贴⽚长度：L=28mm50Ω匹配点初始位置：L1=7mm模型的中⼼位于坐标原点，辐射贴⽚的长度⽅向是沿着x轴⽅向，宽度⽅向是沿着y 轴⽅向。

介质基⽚的⼤⼩是辐射贴⽚的2倍，参考地和辐射贴⽚使⽤理想薄导体来代替，在HFSS过给⼀个⼆维平⾯模型分配理想导体边界条件的⽅式来模拟理想薄导体。

因为使⽤50Ω同轴线馈电，所以这⾥使⽤半径为0.6mm、材质为理想导体（pec)的圆柱体模型来模拟同轴馈线的芯。

圆柱体与z轴平⾏放置，其底⾯圆⼼坐标为（L1，0，0)。

圆柱体顶部与辐射贴⽚相接，底部与参考地相接，则其⾼度为H。

在与圆柱体相接的参考地⾯上需要挖出⼀个半径为1. 5mm的圆孔，将其作为信号输⼊输出端⼝，该端⼝的激励⽅式设置为集总端⼝激励，端⼝归⼀化阻抗为50Ω。

求解频率，这⾥选择天线的中⼼频率2.45GHz，扫频围设置为1.5GHz? 3.5GHz，使⽤快速扫频。

用有限差分方法求解微波电磁场问题本章主要内容是说明用差分法求解在微波器件和微波技术中常常遇见的一些偏微分方程的边值问题。

我们知道，很多给定边界条件的偏微分方程的求解相当复杂。

除少数情况外，要求它的精确解是颇为困难的，一般采用近似方法。

有限差分法就是经常采用的一种近似方法，它是用离散的、含有有限个未知数的差分方程去替代连续变量的微分方程，并把相应的差分方程的解作为该边值问题数值形式的近似解。

1 用差分方程解拉普拉斯方程在微波系统中很多问题，例如同轴线的台阶电容、谐振腔隙缝处的漏散电容、微带线的特性阻抗等，要求出它们的值，首先就要找出这些线或谐振腔内静电电位分布，这些电位分布是满足拉普拉斯方程的。

用差分方法解拉普拉斯方程是很方便的，所以我们开始就讨论它。

将拉普拉斯方程化成差分方程的方法在很多书上都可找到[6, 7]，下面将列出公式而不作推导，仅对差分方程的求解过程作一些简单介绍。

一、基本差分公式我们要求的电位函数u ，它在区域D 内满足下面的拉普拉斯方程02222=∂∂+∂∂yux u (1-1) 在边界上S ，它服从以下条件：()p f u S = (1-2)式中()p f 为边界点p 的函数。

这类问题一般称为第一类边值问题或称狄里赫利问题。

为了用差分方法求解电位分布，先在y x -平面分别作两族平行于x 轴和y 轴的直线,线间的距离为h ，于是各直线的x 和y 坐标分别为：jh y ih x j i == ;式中j i ,为正整数，取值1、2、……。

这样区域D 就被许多边长为h 的正方形所覆盖，在图1-1中示出了这种情况。

各正方形的顶点被称为网格的节点，从图可以看到，各节点所处位置有所不同。

一些节点（例如a 节点）恰落在边界上S ，我们把它叫做边界节点。

有些节点到边界的距离不足h （例如节点b ）,这些节点叫做不规则节点。

但是大部分节点到边界的距离大于h ，例如图上的0点，它们属于规则节点。

差分法就是求这些离散节点处u 的近似值。

| Techniques of Automation & Applications66UHF 频段RFID 同轴馈电微带天线设计与实现张亚军,郝金平,张建奇,陶 怡(西安航天自动化股份有限公司,陕西 西安 710065)摘 要:随着智能制造业的快速发展,本文针对智能仓储专用叉车,研制出一款中心频点为915MHz 的专用UHF 频段RFID 同轴馈电微带天线。

传统单馈电微带天线设计方案频带窄、极化特性较差,本文根据天线性能要求提出了一种4层结构的辐射单元,既满足了天线的性能要求,又实现了天线的宽频带设计。

文中利用HFSS 软件对天线进行了建模与仿真分析,通过软件优化得到了天线模型的最佳设计参数,并给出天线的回波损耗、驻波比、增益等仿真结果,在仿真基础上制作出天线实物并采用矢量网络分析仪对天线的各参数进行了实测,实测结果与方案结果吻合,最后对天线进行了实际的安装与测试,天线读取标签效果良好,能够满足工程上的应用需求。

关键词:微带天线;HFSS 软件;超高频RFID;同轴馈电;仿真中图分类号:TN82 文献标识码:A 文章编号:1003-7241(2018)09-0066-03Design and Implementation of RFID Coaxial FeedingMicrostrip Antenna for UHF BandZHANG Ya-jun, HAO Jin-ping, ZHANG Jian-qi, TAO Yi( Xi' an Aerospace Automation Co., Ltd., Xi’ an 710065 China )Abstract: With the rapid development of intelligent manufacturing, this paper developes a dedicated UHF band RFID coaxial feedmicrostrip antenna with a center frequency of 915MHz for intelligent warehousing forklift. In this paper, a four-layer radiation unit is proposed according to the performance requirements of the antenna, it not only meets the performance requirements of the antenna, but also realizes the wideband design of the antenna. In this paper, the antenna is modeled and simulated by HFSS software. The optimal design parameters of the antenna model are obtained by software optimization. The simulation results such as return loss, standing wave ratio and gain are given on the basis of simulation. The antenna is in real terms and the vector network analyzer is used to measure the parameters of the antenna. The measured results are consistent with the results of the scheme. Finally, the antenna is installed and tested. The antenna tag is effective and can meet the engineering requirements.Key words: microstrip antenna; HFSS software; UHF RFID; coaxial feed; simulation收稿日期:2017-06-191 引言U H F R F I D 系统具有读写距离远、读写速度快和信息存储能力强等优点,目前在物流管理、仓储管理、供应链和快递业得到了广泛的应用。

适用于多标准的超高频宽带RFID标签天线褚庆昕;曾锐华【摘要】Proposed in this paper is a broadband antenna for the application to multi-standard UHF RFID (Radio Frequency Identification) tag, which is composed of a dipole-like radiating body and a inductively-coupled feeding loop. The radiating body consists of two modified meandered dipole antennas different in length so as to form two resonance points only slightly different in frequency. Thus, the antenna impedance, especially its imaginary part,keeps steady in the frequency range of 840 to 956 MHz, and good conjugate impedance matching to the RFID tag chip is obtained. The bandwidth of the antenna varies from 816 to 988 MHz, which is wide enough to cover the global ultrahigh-frequency RFID frequency range, so that the tags with the proposed antenna can be used globally without replicate design and the cost is greatly reduced. Finally, an antenna prototype is fabricated based on the simulation model, with good accordance being found between the simulated and the measured results.%提出了一种宽带标签天线,该天线适用于多标准超高频射频识别(RFID)系统,由一个类偶极子辐射体和一个电感耦合馈电环构成.类偶极子辐射体包含两个变型弯折偶极子天线.这两个变型弯折偶极子天线的长度有差别,可以形成两个相近的谐振点,使得天线的阻抗(特别是虚部)在840～956MHz的范围内保持平稳,以获得与芯片阻抗在较宽频段内的良好的共轭阻抗匹配,从而使天线获得一个非常宽的带宽(816～988 MHz),该带宽足以覆盖全球超高频RFID频率范围,使得标签可以全球通用,大大减少了重复设计工作量,有效降低了成本.最后基于仿真模型,加工了一个天线实物,实物测量结果与仿真结果吻合良好.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(039)005【总页数】5页(P1-5)【关键词】偶极子天线;接收天线;微带天线;阻抗匹配;射频识别【作者】褚庆昕;曾锐华【作者单位】华南理工大学,电子与信息学院,广东,广州,510640;华南理工大学,电子与信息学院,广东,广州,510640【正文语种】中文【中图分类】TN821+4射频识别(RFID)技术是源于20世纪30年代诞生的雷达设备，并在90年代开始兴起的一种自动识别技术［1］.它是一项利用射频信号通过空间耦合实现无接触自动识别目标对象的技术，识别过程无须人工干预［2-3］.RFID技术具有防水、防磁、耐高温、无机械磨损、寿命长、读取距离大、读写速度快、存储数据容量大等优点.近年来，RFID技术快速发展，应用于多个领域，例如第二代身份证、门禁控制、后勤物流、货仓管理、动物跟踪、交通收费管理系统等［4-5］.一个典型的RFID系统通常包括读写器和应答器(标签)两部分.标签部分由一块集成电路芯片和天线组成.目前，RFID在全世界获得了广泛应用，为了更好地利用有限的频率资源，各国划分了不同的频段供RFID使用，例如在欧洲是866～869 MHz，在美洲是902～928MHz，在中国则是840～845MHz和920～925 MHz，在日本是950 ～956 MHz.总的来说，全球超高频(UHF)RFID频率范围是840～956MHz ［6］.由此可见，设计出全球通用并兼容多种标准的宽带RFID标签天线对于减少重复设计和降低成本都是十分有意义的.此外，出于低成本和简化标签结构的需要，标签芯片与标签天线一般是直接连接，其间没有任何匹配电路.这就要求天线的阻抗设计要与芯片阻抗相匹配，以实现最大功率传输.而芯片的阻抗与传统的50Ω不同，典型值一般是实部较小，而虚部较大(－400～－100Ω)的复阻抗.要匹配这样一个复阻抗，会使天线的带宽变窄，因此宽带RFID标签天线成为当前研究的热点和难点.迄今为止，有关UHF RFID标签天线设计的文献很多，但能全球通用并兼容多种标准的宽带RFID标签天线却不多.文献［7］提出了一种基于变型双T匹配结构的近似全向标签天线，该天线的带宽是从848 MHz到926 MHz.显然不足以覆盖全球的RFID频率范围.文献［8］设计了一种圆形弯折标签天线，它具有近似全向的方向图，它的带宽足以覆盖整个UHF RFID频段，但是在该天线结构中使用圆形弯折线不仅增加了天线结构的复杂度，也提高了加工难度和成本.而文献［9］提出的电容耦合结构则相对简单，但是带宽只有65MHz.同样的窄带宽问题存在于文献［10］所报道的天线，该天线结构分为两层，并通过短路片连接.该天线的整体尺寸(106.0 mm×44.0mm×4.6mm)较大;对于一些要求薄标签的应用来说，厚度(4.6mm)也过厚了.本研究基于两个变型弯折偶极子天线，通过引入电感耦合馈电结构同时进行馈电，使天线的带宽得以拓宽，足以覆盖全球多标准UHF RFID频率范围;并基于电磁仿真软件Ansoft HFSS的仿真分析，设计并加工了一个实物天线.实测结果与仿真结果吻合良好，验证了该设计的有效性.1 天线原理与设计文中提出的天线结构如图1所示.该天线结构分为矩形馈电环和变型弯折偶极子辐射体两部分.芯片贴在矩形馈电环的开口处进行激励，通过电感耦合将能量送至辐射体上.辐射体由两个中间部分连接在一起的变型弯折偶极子构成.这两个弯折偶极子的长度是有差异的，并不完全相等，通过统一馈电，可以形成两个比较靠近的谐振频率，从而拓展天线的带宽.阶梯状弯折的偶极子可以缩短天线的整体长度，使得天线结构紧凑.天线辐射体与矩形馈电环之间的耦合强度主要受到两方面因素的影响:一方面可以由它们之间的间隙(D)来控制耦合强度大小，间隙越窄，耦合越强;间隙越宽，耦合越弱;另一方面，矩形馈电环的尺寸大小也会影响它们之间的耦合强度.耦合强度的大小对天线的影响可以由天线的输入阻抗来反映［11］.图1 天线的结构Fig.1 Geometry of the antenna针对文中提出的天线，可以通过一个简化的电路模型(见图2)来分析.基于图2得到从天线馈电口处看进去的输入阻抗:图2 天线的等效电路模型Fig.2 Equivalent circuit model of the antenna式中:M是天线辐射体与馈电环之间的互感，表征它们之间的耦合强度;Zloop是馈电环本身的阻抗值，其值取决于馈电环本身的电感值Lloop，可以表示为ZA则是天线辐射体在去掉馈电环后所呈现的阻抗值，由辐射体自身电阻RA、电容C和电感LA构成.在其谐振频率f0附近时，ZA可以由天线的辐射电阻Rr以及与频率f 有关的品质因数Q表征:由式(1)－(3)可以得到天线输入阻抗的实部和虚部:当天线工作在谐振点频率f0时，即f=f0，天线输入阻抗的实部和虚部则变为:式(6)、(7)表明，天线输入阻抗的实部受到天线辐射体与馈电环之间的耦合强度以及天线辐射体本身的辐射电阻的控制，而虚部则取决于馈电环本身电感值的大小.由此可见，天线输入阻抗的实部和虚部独立可控.这样就为调节天线的阻抗提供了一种简单而有效的思路:首先选择尺寸合适的馈电环，以抵消芯片阻抗的虚部，然后调节馈电环与辐射体之间的间隙，以获得合适的实部，最终实现天线与任意芯片阻抗的共轭匹配.经过在电磁仿真软件Ansoft HFSS里的仿真分析发现，在保持馈电环及辐射体尺寸不变，只改变它们之间的间隙的情况下，随着间隙增加，天线阻抗的实部在逐渐减小，而虚部则变化不大，结果如图3(a)所示.图3(b)所给出的结果是在保持辐射体和耦合间隙不变，只改变馈电环尺寸Lf的情况下得到的，由图3(b)可以看出，当增加馈电环尺寸时，天线阻抗的实部和虚部都在变大.原因在于改变馈电环的尺寸会同时改变其本身的电感值和其与辐射体之间的耦合强度.图3 D和Lf对天线阻抗的影响Fig.3 Impact of D and Lfon antenna impedance2 测量结果与分析为验证第1节中所述理论的有效性，针对一款输出阻抗为(40－j290)Ω的RFID标签芯片，本研究先在电磁仿真软件Ansoft HFSS中进行建模设计，然后加工了一个天线实物，如图4所示.天线的介质板采用介电常数为4.4、厚度为1.6 mm的FR4基板.天线的具体尺寸参数如下:L1=50.0 mm，L2=8.5mm，L3=11.0 mm，Lf=40.0 mm，W1=5.0 mm，W2=20.0mm，W3=30.0 mm，Wf=10.0 mm，W=2.0mm，D=3.5mm，Y=3.0mm.图4 天线照片Fig.4 Photograph of the antenna本研究采用镜像法测量天线的阻抗.原因在于，本研究所设计的天线并非50Ω匹配的传统天线，而且是平衡对称结构.如果直接用50Ω测量设备进行测试，会带来如下问题:50 Ω同轴接头本身是一个不平衡设备，直接接到天线上会导致部分电流回流至同轴线的外导体，引起天线上的电流分布不平衡，从而影响测量的精确度.为克服电流回流的问题，通常采用四分之一波长平衡－不平衡变换器(巴伦)或者扼流圈，但要设计一个良好的宽带巴伦或者扼流圈，需要投入额外的设计工作量.而镜像法则不需要这样的设备，只需取对称天线的一半，放置在地平面上(见图5)，形成镜像;根据镜像法原理，这样测量出来的阻抗的两倍就是被测天线的阻抗.镜像法的测量精度受到地平面面积的影响，地平面面积越大，精度越高，因此只要取面积较大的地平面，就可以获得较高的精度.用镜像法测量时，地平面的面积是1m×1m.测量结果与仿真结果的比较如图6所示，两者吻合良好.由图6可见，在感兴趣的频段(840～956MHz)内，天线阻抗的虚部变化很小，保持在290Ω上下，这样平稳的阻抗特性非常有利于与芯片阻抗进行宽带共轭匹配，拓展天线带宽.将阻抗为(40－j290)Ω的RFID标签芯片与天线焊接起来，计算此时天线激励端口处的回波损耗(S11)，所得结果如图7所示.由图7可见，天线与芯片之间的阻抗匹配非常理想，在0.7～1.1 GHz频率范围内，S11都小于－10dB.这得益于天线阻抗的虚部在这一频段内保持稳定.图5 镜像法配置图Fig.5 Configuration of imaging method图6 天线阻抗的测量值和仿真值Fig.6 Measured and simulated impedance of the antenna图7 天线S11的测量值和仿真值Fig.7 Measured and simulated S11of the antenna功率反射系数反映的是源与负载之间的功率传输特性［12］，功率反射系数越小，负载获得的功率就越大.功率反射系数为式中:Zchip是芯片的阻抗是Zin的共轭阻抗.根据Friis空间传输公式，可得到功率反射系数与标签理论可读距离rmax之间的关系:式中:λ是自由空间电磁波波长;Pt是RFID读写器的发射功率;Gt是RFID读写器天线的增益;Gr是标签天线的增益;Pth是标签芯片工作的最小门槛功率.通常在840 ～956MHz频带内，Pt、Gt、Gr和 Pth都不会出现剧烈的变化，因此与频率有关的功率反射系数就成为影响标签读写距离的主要因素.根据天线阻抗的测量值和仿真值计算出来的功率反射系数如图8所示.半功率(－3dB)带宽的测量值是151MHz(从828MHz到979MHz)，比仿真值172MHz(从816MHz到988MHz)稍微窄了一些.这表明，在840～956MHz频带范围内，文中提出的天线都可以使标签获得足够的功率，保证标签的正常工作.因此，在全球UHF RFID频段范围内，文中提出的天线均能正常工作，实现了兼容多标准的目标.图9示出了频率为900MHz时的天线归一化方向.经过仿真和实测，发现天线在840、900和956MHz时的归一化方向图是相似的，所以文中只给出900MHz时的归一化方向图.由图9可以发现，天线方向图的形状和典型偶极子方向图是类似的，E面是8字状图形，而H面则是全向面.这是因为文中所提出的天线是基于传统偶极子设计的，所以其方向图也是相似的.图8 天线功率反射系数的测量值和仿真值Fig.8 Measured and simulated power reflection coefficient of the antenna图9 天线在900MHz时归一化辐射方向图的测量值和仿真值Fig.9 Measured and simulated normalized radiation pattern of the antenna at 900MHz3 结语本研究提出了一个结构简单的兼容多标准的宽带RFID标签天线.通过在天线结构中引入两个长度稍有差异的变型弯折偶极子并统一馈电，形成两个相近的谐振点，使得天线的阻抗，特别是虚部，在840～956 MHz的范围内保持平稳，以获得与芯片阻抗在较宽频段内良好的匹配，从而拓展天线的带宽，实现了覆盖全球UHF RFID频段和兼容多标准的目标.最后基于仿真分析，加工了一个实物天线.实际测量结果与仿真结果吻合良好，验证了该天线设计的有效性.参考文献:［1］ Landt J.The history of RFID［J］.IEEE Potentials，2005，24(4):8-11. ［2］ Stockman munication by means of reflected power［J］.Proceedings of the 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采用二级离散复镜像法分析同轴馈电微带天线的输入阻抗贺秀莲;龚书喜;刘其中
【期刊名称】《西安电子科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2005(032)004
【摘要】采用基于二级离散复镜像法的矩量法,分析了同轴馈电的任意形状微带天线的输入阻抗.该方法采用二级离散复镜像方法求解空间域的格林函数,与直接数值积分方法相比,提高了计算格林函数的速度.采用简化的附加模基函数模拟贴片与探针相连处的电流分布,降低了计算的复杂度.计算了两个不同形状的微带贴片天线的输入阻抗,所得的计算结果与实验结果吻合良好.
【总页数】5页(P579-583)
【作者】贺秀莲;龚书喜;刘其中
【作者单位】西安电子科技大学,天线与电磁散射研究所,陕西,西安,710071;西安电子科技大学,天线与电磁散射研究所,陕西,西安,710071;西安电子科技大学,天线与电磁散射研究所,陕西,西安,710071
【正文语种】中文
【中图分类】TN823.31
【相关文献】
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2.基于二级近似离散复镜像法的低频电磁格林函数计算 [J], 刘云鹤;刘国兴;翁爱华;陈玉玲;贾定宇;廖祥东
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5.具有不同间隙电容的同轴馈电微带天线的数值分析 [J], 聂在平; Chew,WC 因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。