【摘要】：隨著通信技術的不斷發(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。終端天線是手持設備中所使用的天線的統(tǒng)稱,而手持設備具有便攜的特點,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,其中天線加載技術在提升天線性能、縮小體積中的應用非常廣泛。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。本文的主要研究內容如下:首先,設計了一款工作于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,通過這種結構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。首先設計調試一個用于手持機的單極子天線,天線長度為7cm,經測試其諧振頻點為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)對電路進行設計和仿真,并將天線的S參數(shù)導入電路中進行調試,得到阻抗帶寬可以滿足要求的電路仿真結果。由于Non-Foster電路具有正反饋的性質,此電路具有不穩(wěn)定性,因此需要進行穩(wěn)定型驗證和調試,通過抑制其反饋回路增益的幅度并改變其對應的相位,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行穩(wěn)定型仿真,以驗證電路的穩(wěn)定性能。經過加工和測試,此電路滿足指標要求,天線串聯(lián)電路后在400-678MHz頻帶內滿足VSWR3。
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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，學者們積累了深厚的理論基礎和研究成果。目前，無源加載技術和有源加載技術均有著非常廣泛的應用。1.2.1 無源加載技術研究歷史與現(xiàn)狀無源加載技術從加載方式主要分為阻抗加載、短路加載、介質加載、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[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[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，，因此當天線工作于微波頻段時，只能使用微帶傳輸線對天線進行匹配。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
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN828.6

【參考文獻】

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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;2008年

本文編號：2649162