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基于感應(yīng)耦合的UHF寬頻帶電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)

2014-04-29 來(lái)源:電子技術(shù)應(yīng)用 字號(hào):
2.1、耦合間距對(duì)天線性能的影響

從以上分析可以看到,根據(jù)(8)式,當(dāng)天線在諧振狀態(tài)時(shí),阻抗的實(shí)部是只受互感影響的,而互感與寄生單元和饋電單元的間距有關(guān)。從圖5(b)可以看到,隨著間距的增加,天線阻抗的實(shí)部在減小,而虛部基本保持不變,這一點(diǎn)與理論分析的結(jié)果基本相同。

對(duì)于寄生單元加載技術(shù),寄生單元的電流是由場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生的,而且這種單元不與傳輸線相連接。當(dāng)λ/2的寄生單元為電感性(長(zhǎng)度大于諧振長(zhǎng)度)時(shí),起反射器的作用;為電容性(長(zhǎng)度小于其諧振長(zhǎng)度)時(shí),起引向器的作用。下面簡(jiǎn)單分析寄生單元對(duì)天線的性能影響。

記受激單元為1#,寄生單元為2#,則帶有寄生單元的偶極子陣與單獨(dú)λ/2偶極子的增益之比為:

從(9)式可以看出,如果讓Z22足夠大,即讓寄生單元失諧,則(9)式接近于1,這樣,帶有寄生單元的偶極子陣列將與普通偶極子的輻射場(chǎng)基本相同。隨著距離的增大,阻抗的實(shí)部減小,從(8)式可以看到,當(dāng)阻抗的實(shí)部減小時(shí),寄生單元的電阻R增大,在其他參數(shù)不變的條件下,由(9)式可以看到,隨著間距的增大,輻射方向圖更接近普通偶極子的方向圖。從式(9)也可以看出,寄生單元相對(duì)于受激單元的電流幅度及相位關(guān)系也依賴于寄生單元的調(diào)諧。盡管天線不具有偶極子的結(jié)構(gòu),卻具有偶極子的低的方向性。

2.2、饋電單元形狀對(duì)天線的影響

從(8)式可以看出,饋電單元自身的形狀將影響天線阻抗的虛部。可以推斷,如果改變饋電環(huán)的形狀,則會(huì)改變天線阻抗的虛部,由于阻抗共軛匹配點(diǎn)并不一定是諧振點(diǎn),諧振狀態(tài)只與阻抗的虛部有關(guān),這樣不難推出,當(dāng)饋電環(huán)的形狀改變時(shí),天線的諧振狀態(tài)也會(huì)隨之發(fā)生變化。而諧振頻點(diǎn)是偏大還是偏小取決于虛部的變化情況。為了排除饋電點(diǎn)的位置對(duì)天線性能的影響,這里分別在保持饋電的位置和底邊距離寄生單元的距離不變的狀態(tài)下,分別對(duì)比了矩形加載、三角形加載和梯形加載對(duì)天線性能的影響。

不同形狀的饋電單元對(duì)阻抗的實(shí)部影響很小,在915 MHz頻點(diǎn),阻抗變化在1 Ω左右,而阻抗虛部變化很大,范圍在90~140 Ω之間,由于虛部變化較大,導(dǎo)致諧振頻點(diǎn)偏移。由于標(biāo)簽芯片對(duì)外呈現(xiàn)容性,所以需要標(biāo)簽天線呈感性來(lái)匹配。當(dāng)采用三角形加載時(shí),阻抗的虛部很小,而諧振頻率是和電感與電容的乘積成反比的。這樣不難分析,當(dāng)采用三角形加載時(shí),由于阻抗虛部減小,導(dǎo)致諧振頻率偏大。從阻抗匹配的角度來(lái)說(shuō),阻抗虛部的減小,又使標(biāo)簽天線與標(biāo)簽芯片失配,這樣反射系數(shù)明顯增大。

從以上的仿真結(jié)果可以看到,仿真結(jié)果與理論分析基本吻合。此外,通過(guò)分析驗(yàn)證可以發(fā)現(xiàn),這種天線的制作和調(diào)諧是非常方便的,而且可以對(duì)天線的實(shí)部和虛部進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。標(biāo)簽天線樣品在制作調(diào)試過(guò)程中也驗(yàn)證了上述分析的有效性。

本文設(shè)計(jì)了一款UHF全頻帶天線,仿真結(jié)果表明,在0.82 GHz~1 GHz,VSWR<1.2,S11<-22 dB時(shí),可以同時(shí)滿足中國(guó)、歐洲和美國(guó)的UHF射頻頻段標(biāo)準(zhǔn)。

這種標(biāo)簽天線是由彎折的感應(yīng)單元和環(huán)狀的饋電單元組成。通過(guò)理論分析可以知道,當(dāng)天線諧振時(shí),天線阻抗的實(shí)虛部可以單獨(dú)調(diào)節(jié)。仿真分析的結(jié)果與理論分析基本吻合,樣品制作調(diào)試的過(guò)程也驗(yàn)證了分析與仿真所呈現(xiàn)出的規(guī)律,從而證明了理論分析的正確性。

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