【摘要】：隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展,天線作為信號發(fā)射和接收的媒介在無線通信系統(tǒng)中起著越來越重要的作用。終端天線是手持設(shè)備中所使用的天線的統(tǒng)稱,而手持設(shè)備具有便攜的特點,因此實現(xiàn)天線小型化、提高輻射效率是現(xiàn)階段對終端天線的主要需求。隨著理論和技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了很多可以優(yōu)化天線的方法,其中天線加載技術(shù)在提升天線性能、縮小體積中的應(yīng)用非常廣泛。因此,本文主要研究了基于無源加載的RFID手持終端天線,以及基于有源Non-Foster元件加載的終端天線。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,設(shè)計了一款工作于RFID中國頻段(920-925MHz)的手持讀寫器終端天線。天線通過在金屬貼片上蜿蜒開槽引導(dǎo)電流路徑,由四個蜿蜒槽組成中心對稱的四個輻射單元,通過這種結(jié)構(gòu)增加輻射貼片的電流維度,增大天線前后比,提高輻射效率。使用威爾金森功分器對四個開槽單元等幅饋電,沿右旋方向相位90°滯后實現(xiàn)圓極化。功分器與天線單元之間由饋電壁連接,通過在饋電壁旁加載短路壁,調(diào)整天線輸入阻抗。此外,通過在微帶輻射貼片中心開方形槽引導(dǎo)電流路徑,增加電流路徑的長度縮小天線尺寸。除此之外,文章還研究了Non-Foster元件加載的單極終端天線,通過電路的加載減小天線尺寸。首先設(shè)計調(diào)試一個用于手持機的單極子天線,天線長度為7cm,經(jīng)測試其諧振頻點為1.14GHz。測試天線的輸入阻抗可以發(fā)現(xiàn),天線在400-678MHz的阻抗表現(xiàn)小電阻大電抗,其電抗可以等效為3pF的電容。因此需要設(shè)計一個等效為-3pF的Non-Foster電路,將其與天線串聯(lián)以抵消天線的容抗,實現(xiàn)匹配的改善。通過ADS(Agilent Advanced Design System)對電路進(jìn)行設(shè)計和仿真,并將天線的S參數(shù)導(dǎo)入電路中進(jìn)行調(diào)試,得到阻抗帶寬可以滿足要求的電路仿真結(jié)果。由于Non-Foster電路具有正反饋的性質(zhì),此電路具有不穩(wěn)定性,因此需要進(jìn)行穩(wěn)定型驗證和調(diào)試,通過抑制其反饋回路增益的幅度并改變其對應(yīng)的相位,使環(huán)路增益不滿足自激條件而趨于穩(wěn)定。文中使用了三種仿真方式進(jìn)行穩(wěn)定型仿真,以驗證電路的穩(wěn)定性能。經(jīng)過加工和測試,此電路滿足指標(biāo)要求,天線串聯(lián)電路后在400-678MHz頻帶內(nèi)滿足VSWR3。
【圖文】：

同時得到小型化和寬頻帶的特性。(a) (b)圖1-1 無源匹配與有源 Non-Foster 電路匹配。(a)無源匹配示意圖；(b)有源匹配示意圖1.2 研究歷史與現(xiàn)狀加載技術(shù)作為提升天線性能的一種重要方式，在天線誕生以來便有了此方面的研究。數(shù)十年來，學(xué)者們積累了深厚的理論基礎(chǔ)和研究成果。目前，無源加載技術(shù)和有源加載技術(shù)均有著非常廣泛的應(yīng)用。1.2.1 無源加載技術(shù)研究歷史與現(xiàn)狀無源加載技術(shù)從加載方式主要分為阻抗加載、短路加載、介質(zhì)加載、開槽加載。阻抗加載可以為電阻加載和電抗加載。電阻加載是研究最早的加載方式之一，主要用于拓寬天線的阻抗帶寬。1965 年，IEEE fellowT.T.Wu 和 R.W. King[4]嘗試在中心饋電的圓柱形天線的兩臂加載電阻，使其電流呈現(xiàn)行波分布，并使用解析方法計算加載的位置和阻值，在很寬的頻帶內(nèi)得到了隨頻率變化較小的輸入電阻和較為理想的輸入電抗，使得天線接近與無反射狀態(tài)。1967 年

和 Y. F. Lin 在文獻(xiàn)[7]中使用貼片電阻替換了微帶天線中的短路探針，使天線的阻抗帶寬拓展為原來的 6.6 倍。圖1-2 文獻(xiàn)[7]中提到的加載方式同樣，電抗加載也被用來改善阻抗匹配，提升阻抗帶寬。使用集總元件串聯(lián)在天線饋電端口是調(diào)節(jié)天線輸入阻抗最簡單的一種方法，但是傳統(tǒng)的電容和電感都存在自諧振頻率，當(dāng)工作頻率高于自諧振頻率時，就無法呈現(xiàn)本身的電抗屬性，，因此當(dāng)天線工作于微波頻段時，只能使用微帶傳輸線對天線進(jìn)行匹配。1989 年，H.F.Pues 使用傳輸線枝節(jié)對工作于 3.3GHz 的微帶天線進(jìn)行匹配，使其阻抗帶寬得到了改善[8]。電容和電感在低頻時可以使用集總元件，在較高的頻段可以使用開路和短路傳輸線
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN828.6

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張薇;短路針加載對微帶天線性能影響規(guī)律的研究[D];吉林大學(xué);2008年

本文編號：2649162