一種形式新穎的12 d B線極化RFID天線的研究

下面對(duì)影響天線主要性能的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行分析和說(shuō)明。天線的關(guān)鍵尺寸有以下4項(xiàng)：
(1)抱桿與單極振子的間距：對(duì)增益影響不大，只有零點(diǎn)幾dB的影響。而對(duì)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?yàn)殚g距不同則電磁波走過(guò)的空間距離也不同，則形成不同的相位差。適當(dāng)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(chǎng)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(qiáng)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(jìn)行良好匹配；
(2)單極振子的臂寬：通過(guò)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(diǎn)位置隨臂寬的增加，沿著等電阻圓逆時(shí)針從感性阻抗區(qū)域向容性阻抗區(qū)移動(dòng)，因?yàn)檎褡用娣e的增大使容性逐漸增加。振子的粗細(xì)還會(huì)影響振子的最佳長(zhǎng)度，因?yàn)殡姴ㄔ诮饘僦行羞M(jìn)的速度與真空中不盡相同，實(shí)際制作長(zhǎng)度都要在理論值上減去一個(gè)縮短系數(shù)，而振子越粗，振子的長(zhǎng)度越小。振子的理論長(zhǎng)度為λ／4，這樣最佳長(zhǎng)度就會(huì)比λ／4小，而由電路理論可知，長(zhǎng)度略短于λ／4整數(shù)倍的導(dǎo)體呈電容性，所以此時(shí)單極振子呈容性，使天線的容性增加。在Smith圓圖上使阻抗點(diǎn)逐漸向容性阻抗區(qū)移動(dòng)，對(duì)整個(gè)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：?jiǎn)卧g距對(duì)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(dāng)θ=π／2即側(cè)射陣時(shí)應(yīng)有dλ。當(dāng)θ=0即端射陣時(shí)應(yīng)有dλ／2隨著間距的減小，天線從側(cè)射陣逐漸向端射陣過(guò)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(dǎo)致天線增益降低。通過(guò)仿真還可知，隨著間距的增大，阻抗點(diǎn)在Smith圓圖上沿等電導(dǎo)圓順時(shí)針移動(dòng)，且電阻逐漸增大；

(4)引向器的長(zhǎng)度：引向器上感應(yīng)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(zhǎng)度變化不明顯。而自阻抗主要取決于振子本身的長(zhǎng)度。當(dāng)導(dǎo)體的長(zhǎng)度略長(zhǎng)于λ／4的整數(shù)倍時(shí)成電感性，略短于λ／4整數(shù)倍時(shí)成電容性。在表2的仿真數(shù)據(jù)中，第一引向器長(zhǎng)度在12．6～13．2 mm時(shí)為電感性，為13．4 mm時(shí)呈電容性。第二引向器呈容性。所以通過(guò)改變兩引向器的長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度較短時(shí)，后向輻射較小，因?yàn)榇藭r(shí)使引向器和單極振子在主方向上產(chǎn)生電磁場(chǎng)相加，從而起到增強(qiáng)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(guò)仿真優(yōu)化得到各部分的最優(yōu)尺寸為：?jiǎn)螛O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(jìn)行阻抗匹配，使天線阻抗在50 Ω左右。通過(guò)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(shí)測(cè)結(jié)果