應(yīng)用于礦井的RFID應(yīng)答器設(shè)計(jì)
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定義Zin為天線的輸入阻抗，圖3中所示的虛線框內(nèi)為天線振子臂和接地板的等效輸入阻抗Zc。Za為饋線的特性阻抗，可由1／4阻抗變換器轉(zhuǎn)換得到。Zb為短路線的特性阻抗，Zab為偶極子天線臂之間的縫隙等效特性阻抗。用θa、θb和θab代表各部分的電長(zhǎng)度，則根據(jù)傳輸線理論分析如下：
；ZL是天線輻射阻抗，ZF是饋電端口阻抗。對(duì)于半波振子天線，可以近似把天線輸入阻抗看作是輻射阻抗，即有：
f是工作頻率，μ是磁導(dǎo)率，γ是電導(dǎo)率，λ是工作波長(zhǎng)。
在最初的設(shè)計(jì)中，天線振臂和微帶饋線的長(zhǎng)度均取λ／4左右，振臂寬度取λ0。介質(zhì)材料選用玻璃。
布環(huán)氧樹(shù)脂(FR-4)，介質(zhì)長(zhǎng)L=81 mm、寬W=63 mm、厚h=3．6 mm，相對(duì)介電常數(shù)4．6，損耗角正切0．02。這樣可以利用公式(8)、(7)計(jì)算出ZL；再利用微帶線理論算出傳輸線和饋線的大致尺寸，然后根據(jù)計(jì)算的幾何尺寸建模，得到所需的偶極子天線，最后使用ADS軟件仿真并優(yōu)化，才能得到最終天線尺寸：Lb=30 mm、寬Wb=6 mm；彎折處Lz=31mm，Wz=8 mm；微帶巴倫底線長(zhǎng)Hp=36 mm、寬Wp=6 mm；微帶巴倫饋線寬Wf=8 mm；地平面寬Hd=20 mm、長(zhǎng)Wd=50 mm；縫隙寬度LG=5 mm；通孔半徑r=2 mm。
采用ADS仿真軟件對(duì)天線的仿真結(jié)果如圖4和圖5。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/154091.htm
如圖4所示，印刷偶極子天線在諧振頻率0．905 GHz處的回波損耗S11=-28．011 dB，滿足通信系統(tǒng)中反射系數(shù)小于-14 dB的要求。S11／20=-1．400 55，則諧振頻率處駐波比為：(1+10-1.40055)／(1-10-1.40055)=1．08，滿足天線系統(tǒng)中駐波比小于1．5的要求。回波損耗為-10 dB對(duì)應(yīng)著駐波比VSWR2．0，因此天線帶寬范圍近似為：0．741～1．122 GHz，其相對(duì)帶寬約為40％。
利用ADS軟件的正交面描述天線功能，如圖5從XOZ面上看天線的增益為4．236 dB。
3 結(jié)束語(yǔ)
該款主動(dòng)式應(yīng)答器以射頻技術(shù)為核心，選擇工作中心頻率為905 MHz，其電路元件采用小型貼片封裝，結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小，方便礦井人員隨身攜帶。從仿真結(jié)果來(lái)看，核心部件偶極子天線的帶寬與增益參數(shù)較為理想。
評(píng)論