一種新穎的UHFRFID手持設(shè)備PCB單極天線設(shè)計(jì)

1、    一種新穎的uhfrfid手持設(shè)備pcb單極天線設(shè)計(jì)    俞正明【摘 要】本文結(jié)合單極天線和套筒天線的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種pcb單極天線，克服了普通pcb單極天線地板對(duì)天線指標(biāo)的影響，通過(guò)改善端口阻抗及增加帶寬，使其能工作在860mhz960mhz的uhf rfid頻段。同時(shí)，該天線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便的特點(diǎn)，非常適合安裝在uhf rfid手持設(shè)備上?！娟P(guān)鍵詞】單極天線 套筒天線 rfidtn82 a1672-5158（2013）07-0028-021 引言隨著物聯(lián)網(wǎng)及rfid技術(shù)的發(fā)展與普及，越來(lái)越多的應(yīng)用需要具有uhf rfid讀寫(xiě)功能的手持設(shè)備

2、。uhf rfid天線的性能、體積和成本是業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)的天線是一款成本低、加工方便，且?guī)挐M足uhf rfid（860mhz960mhz）工作帶寬的天線。傳統(tǒng)的單極天線是豎直的具有四分之一波長(zhǎng)的天線1。該天線安裝在一個(gè)接地平面上，它可以是實(shí)際地面，也可以是人造接地面上。手機(jī)內(nèi)置天線中也常采用變形單極子天線。普通pcb單極天線地板對(duì)天線指標(biāo)的影響非常大，有文獻(xiàn)專(zhuān)門(mén)對(duì)地板長(zhǎng)度對(duì)天下的影響做過(guò)研究，結(jié)果如圖1所示2。本文設(shè)計(jì)的天線克服了傳統(tǒng)pcb單極天線對(duì)地板長(zhǎng)度的依賴，具有工作頻率穩(wěn)定、端口駐波特性好、可用同軸電纜饋電、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便等優(yōu)點(diǎn)。2 理論分析本文設(shè)計(jì)的天線為了能達(dá)到

3、阻抗和帶寬的要求，采用天線加頂?shù)姆椒ㄌ岣咻椛潆娮?。為增加垂直部分的有效高度，可以在天線頂部加裝水平部分使天線類(lèi)似倒l型。當(dāng)水平部分和垂直部分之和接近時(shí)，有效高度最大，同時(shí)可以使天線的輸入電抗分量大大減小。設(shè)計(jì)中借鑒了套筒單極天線的工作原理，在單極天線的底部套上接地外壁，與普通單極子天線類(lèi)似。套筒單極子天線的總長(zhǎng)度通常取為工作頻段下限頻率的四分之一波長(zhǎng)，即/4。在總長(zhǎng)度確定的情況下，天線的電性能主要取決于上輻射體長(zhǎng)度與套筒接地外壁的長(zhǎng)度之比，有文獻(xiàn)認(rèn)為2.25 是套筒單極子天線的最佳長(zhǎng)度比3。本文的天線設(shè)計(jì)仿真采用矩量法。矩量法是一種將連續(xù)方程離散化為代數(shù)方程組的方法，這種方法對(duì)于求解微分方程和

4、積分方程均適用。在天線工程中，當(dāng)天線的最大尺寸不大于兩個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，非常適合于用矩量法。假設(shè)導(dǎo)線的線徑與波長(zhǎng)相比非常細(xì)，導(dǎo)線上的電流只沿導(dǎo)線的軸線流動(dòng)，則線上電流j產(chǎn)生的電場(chǎng)es可以表示為：頻段內(nèi)。然后再調(diào)整參數(shù)d改變套筒與輻射體的長(zhǎng)度比，這樣也很容易地將天線的駐波特性調(diào)整好。4 參數(shù)優(yōu)化經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的天線版圖如圖4所示，其中的參數(shù)具體值為：a=6mm、b=35.3mm、c=45.3mm、d=31.6mm、e=5.5mm、f=62.4mm、g=2mm。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的天線s11參數(shù)如圖5所示，工作頻段860 mhz960mhz內(nèi)天線的駐波都在1.5以下。通過(guò)觀察天線的2d和3d輻射圖可以看到，天線在一個(gè)

5、方向上有較大的輻射，增益達(dá)到了5db。5 結(jié)束語(yǔ)本文結(jié)合單極天線和套筒天線的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種pcb單極天線，并且給出了具體的pcb版圖。從仿真結(jié)果可以看出達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。參考文獻(xiàn)1 王元坤， 李玉權(quán) 線天線的寬頻帶技術(shù)m 西安 西安電子科技大學(xué)出版社，19952 朱文濤 l形地板結(jié)構(gòu)平面單極天線的研究 北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，20093 poggio a j，mayes p e. pattern bandwidth optimization of the sleeve monopole antennaj. ieee trans. antennas propagat，19664 k.fujimoto a.henderson，k.hirasawa j.r.james small antennas 國(guó)防工業(yè)出版社 1988中國(guó)信息化·學(xué)術(shù)版2013年7期中國(guó)信息化·學(xué)術(shù)版的其它文章螺桿泵常見(jiàn)的故障類(lèi)型分析110kv供