如何使用全波矩量法（MoM）技術(shù)分析天線步驟

第第頁如何使用全波矩量法（MoM）技術(shù)分析天線步驟諸如（NFC）、（RFID）和（物聯(lián)網(wǎng)）系統(tǒng)（傳感器）等無線應(yīng)用均受益于印刷在塑料基板上的低成本（天線）。然而，當(dāng)天線集成到系統(tǒng)中時(shí)，數(shù)據(jù)手冊(cè)的指標(biāo)與天線的實(shí)際行為及其與相鄰結(jié)構(gòu)的相互作用之間通常存在不匹配現(xiàn)象。在這種情況下，就需要執(zhí)行更高級(jí)的分析，充分了解天線特性——這需要天線模型的精確EM模型。

從基本幾何形狀獲得印刷天線幾何模型的過程可能比較繁復(fù)，因?yàn)橛∷⑻炀€通常具有多個(gè)彎曲和其他結(jié)構(gòu)，以提高增益和增加帶寬。比較簡(jiǎn)單的解決方案是從照片中導(dǎo)出模型——但是如何確保照片擁有足夠的細(xì)節(jié)？如何處理使用（網(wǎng)絡(luò)）攝像頭或（智能手機(jī)）拍攝的圖像中可能出現(xiàn)的（光學(xué)）畸變？

以下兩個(gè)應(yīng)用程序可以幫助您解決這些問題。Compu（te）rVisionSystemToolbox中的CameraCalibrat（or）應(yīng)用程序可以校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)攝像頭，提高測(cè)量精度。ImageProcessingToolbox中的ImageSegmenter應(yīng)用程序可對(duì)圖像進(jìn)行分割，獲取天線邊界。以（RF）ID（標(biāo)簽）為例，本文介紹利用

CameraCalibrator(ComputerVisionSystemToolbox)和

ImageSegmenter(ImageProcessingToolbox)進(jìn)行照片構(gòu)建和分析天線的工作流程（圖1），包括分割圖像、找到幾何邊界、校準(zhǔn)天線尺寸以及使用全波矩量法（MoM）技術(shù)分析天線等步驟。

圖14RFID天線的阻抗。從電抗曲線（紅色）可以看出標(biāo)簽的電感性質(zhì)。

圖15顯示了為此分析生成的網(wǎng)格。

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圖16在饋線處包含（電容）電抗后標(biāo)簽的阻抗。電抗消除過程中，觀察到電抗曲線中的零交叉點(diǎn)。電流分布在857MHz處顯示出強(qiáng)烈的響應(yīng)，在天線表面上產(chǎn)生了大量電流（圖17）。我們使用色條以交互方式調(diào)整電流密度范圍。

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圖17電容性加載的RFID標(biāo)簽在857MHz的共振頻率下的電流分布。

RFID標(biāo)簽通常在一個(gè)平面中具有全向遠(yuǎn)場(chǎng)圖案。為了證實(shí)這一點(diǎn)，我們將標(biāo)簽的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖進(jìn)行可視化。該標(biāo)簽在857MHz時(shí)的增益約為2dBi。如圖18所示，最大方向性出現(xiàn)在方位角為0度的仰角，沿著標(biāo)簽的最大尺寸的軸消失。天線的這種響應(yīng)與在xy平面上與標(biāo)簽相同方向的簡(jiǎn)單半波長偶極子天線的響應(yīng)類似。

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圖18電容性加載的RFID標(biāo)簽在857MHz的共振頻率下的方向圖。

該示例描述了通過照片識(shí)別天線邊界并將其轉(zhuǎn)換為用于全波分析的天線幾何模型的過程。在使用ComputerVisionSystemToolbox和ImageProcessingToolbox中的應(yīng)用程序去除圖像中的光學(xué)畸變后，我們構(gòu)建了一個(gè)天線模型，并使用基于矩量法的全波求解器在AntennaToolbox中對(duì)其進(jìn)行了分析。該分析證實(shí)了RFID標(biāo)簽的并聯(lián)共振行為及其電感特性。遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖遵循半波長偶極子的輻射方向圖，并且在仰角面中是全向的。分析結(jié)果可以有多種應(yīng)用。例如，頻率相關(guān)的阻抗數(shù)據(jù)可以用在RF系統(tǒng)模擬中，輻射方向圖可以用在陣列級(jí)