一種形式新穎的12 d B線極化RFID天線的研究

下面對影響天線主要性能的關(guān)鍵尺寸進行分析和說明。天線的關(guān)鍵尺寸有以下4項：
(1)抱桿與單極振子的間距：對增益影響不大，只有零點幾dB的影響。而對前后輻射比和輸入阻抗有較大影響，間距不同后瓣的增益明顯不同，從而前后比出現(xiàn)很大差距。反射器上電流電壓的幅度和相位與間距有關(guān)。因為間距不同則電磁波走過的空間距離也不同，則形成不同的相位差。適當安排反射器與單極振子的間距可使反射器和有源振子產(chǎn)生的電磁場在反射器后方相互抵消，而在有源振子的前方上相加，從而起到抑制后瓣增強增益的效果。從仿真結(jié)果可看出間距較小可有效抑制后向輻射，但輸入阻抗較低，難與同軸饋線進行良好匹配；
(2)單極振子的臂寬：通過仿真可知隨著單極振子臂寬的增加，增益隨之增大。Smith圓圖上阻抗點位置隨臂寬的增加，沿著等電阻圓逆時針從感性阻抗區(qū)域向容性阻抗區(qū)移動，因為振子面積的增大使容性逐漸增加。振子的粗細還會影響振子的最佳長度，因為電波在金屬中行進的速度與真空中不盡相同，實際制作長度都要在理論值上減去一個縮短系數(shù)，而振子越粗，振子的長度越小。振子的理論長度為λ／4，這樣最佳長度就會比λ／4小，而由電路理論可知，長度略短于λ／4整數(shù)倍的導體呈電容性，所以此時單極振子呈容性，使天線的容性增加。在Smith圓圖上使阻抗點逐漸向容性阻抗區(qū)移動，對整個天線的阻抗特性造成一定影響。且振子臂寬約大，天線的Q值就越低，帶寬愈大；
(3)組陣單元的間距：單元間距對增益和阻抗影響較大。從表1的仿真數(shù)據(jù)可看出隨著間距的增大主瓣增益及后瓣都變大，即天線側(cè)射方向上的能量增大。此天線波瓣的主波束指向與陣列軸線垂直的方向即為側(cè)射陣。而陣列間距d有限制條件(為主波束的指向)
dλ／1+|cosθ| (1)
當θ=π／2即側(cè)射陣時應有dλ。當θ=0即端射陣時應有dλ／2隨著間距的減小，天線從側(cè)射陣逐漸向端射陣過渡，旁瓣增大、主瓣變小、能量逐漸向陣列軸向方向輻射。從而導致天線增益降低。通過仿真還可知，隨著間距的增大，阻抗點在Smith圓圖上沿等電導圓順時針移動，且電阻逐漸增大；

(4)引向器的長度：引向器上感應電流的幅度與相位取決于其本身的自阻抗和與有源振子間的互阻抗?；プ杩闺S振子長度變化不明顯。而自阻抗主要取決于振子本身的長度。當導體的長度略長于λ／4的整數(shù)倍時成電感性，略短于λ／4整數(shù)倍時成電容性。在表2的仿真數(shù)據(jù)中，第一引向器長度在12．6～13．2 mm時為電感性，為13．4 mm時呈電容性。第二引向器呈容性。所以通過改變兩引向器的長度可改變其各自阻抗的性質(zhì)，使其共同影響天線的阻抗。從仿真數(shù)據(jù)可看出，第二引向器長度的大小比起第一引向器在抑制后向輻射方面有更顯著的影響。第二引向器的長度較短時，后向輻射較小，因為此時使引向器和單極振子在主方向上產(chǎn)生電磁場相加，從而起到增強增益抑制后瓣的效果。

2 優(yōu)化后的仿真結(jié)果及分析
通過仿真優(yōu)化得到各部分的最優(yōu)尺寸為：單極振子為94 mm，第一引向器為130 mm，第二引向器為140 mm；第一引向器與單極振子間距為40 mm，第二引向器與單極振子間距為104 mm，組陣單元的間距為360 mm，抱桿與單極振子的間距為90mm。并聯(lián)25 pF電容進行阻抗匹配，使天線阻抗在50 Ω左右。通過仿真主輻射方向增益為12．2 dBi在840～845 MHz的頻帶內(nèi)，駐波比都1．2，阻抗得到良好匹配約為50 Ω，仿真結(jié)果如圖3~圖6所示。

3 實測結(jié)果