关键字 |
| 采购产品传感器天线，贴片天线，天线设计，pc板天线 |
介绍 |
| 天线是无线通信系统的关键组成部分。天线的主要目的是将电信号转换成射频电磁波。然后电磁波传播到自由空间(发射模式)，并转化为电信号(接收模式)。特征天线基本上是一个确定波长的空气核电感器。通过电感或导体的交流电流滞后于电压大约90度，因此在¼波长提供最大功率。如果波长为λ，则λ/2偶极子在天线末端产生的功率最大，而天线中心的功率很小。文章[1,4]引用了其他不同几何形状和天线应用的类似工作。 |
设计理论 |
| 有不同类型的天线，以获得更好的输出功率，灵敏度和天线增益。将其频率降低2倍，使其距离(视线)加倍。降低工作频率也意味着天线的尺寸增大。当为无线电设计选择工作频率时，可用的电路板空间也必须容纳天线。所以天线的选择，以及可用的尺寸应该在设计的早期阶段就考虑到。 |
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| 莫里茨·冯·雅可比的最大功率理论指出，当源电阻等于负载电阻时发生最大功率传输。对于复杂阻抗，阻抗为Z的传输线所输出的最大功率0天线的阻抗为Z一个重要的是0与Z正确匹配一个。如果将振幅为VIN的信号发送到传输线，则只有入射波的一部分将传输到天线。Z0没有正确匹配到Z一个那就是。 |
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| 复反射系数(Γ)定义为反射波的振幅与入射波的振幅之比。由传输线阻抗和天线阻抗可计算出Γ，如下式所示: |
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| 如果传输线阻抗是天线阻抗的复共轭，则反射系数为零。因此,如果然后，天线与传输线完美匹配，所有应用的功率都传递到天线。天线匹配通常使用这两种方法;返损和电压驻波比(VSWR)术语。驻波比是最大输出(Input+ Γ)与最小波形(Input - Γ)的比值，如下式所示。这意味着一个特定的几何形状可以被制作成所需补丁(感兴趣的区域)的一半大小。输入阻抗电平与所需补丁的阻抗电平有大致相同的依赖性。通过选择所需的位置来获得与连接器尽可能好的匹配，从而计算出驻波比带宽。可以看到，当补丁大小[2]改变时，带宽也会发生变化。 |
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| 反射波与入射波的功率之比称为回波损耗。这表明在同一端口的入射波浪损失下的反射波功率是多少分贝。可以看到，对于每个所需的小型化级别[3]，都可以实现非常好的阻抗匹配(|S11|小于-20 db)。 |
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| 天线设计、驻波比和回波损耗是衡量天线功能好坏的指标。天线的不匹配是降低射频链路总预算的最大因素之一。为了避免不必要的失配损失，建议增加pi匹配网络，使天线始终可以匹配。如果天线设计是充分匹配的，那么它只需要一个零欧姆电阻或直流块帽插入π_match网络。在选择天线时，有很多问题需要考虑: |
| •天线布置 |
| •¼波长天线的地平面 |
| •PCB上不受欢迎的磁场 |
| •天线失配(VSWR) |
| •改变或破坏视线(LOS)的物体 |
| •天线增益特性 |
| •天线带宽 |
| •天线辐射效率 |
建议设计尺寸 |
| 在决定射频产品中使用哪种天线时，有几种天线类型可供选择。尺寸、成本和性能是选择天线时要牢记的最重要的因素。近程设备最常用的三种天线类型是;PCBantenna，芯片天线和段天线，所有这些都有各自的优点和缺点。在这里，我们重点介绍了PCBantenna，因为它们非常具有成本效益，易于实现，并且在超过868 MHz时具有更好的性能。此外，还可根据实际应用需求设计小尺寸的高频PCB天线。 |
| 本文讨论的天线适用于无许可证的2.4000 GHz - 2.4900 GHz频段和1 GHz以下的所有标准频段。对于低于1 ghz频带;通常有“低”sub 1ghz频段和“高”sub 1ghz频段。我们的目标是为阿曼定向辐射的应用提供优秀的天线设计。 |
| 天线覆盖总面积如图1所示，天线每条的物理尺寸如图2所示，轨道总长度c/c = (270+55x6+150x6+145) = 1645mils。轨道宽度为20mils，铺展面积为260x280, Ltips长度为165mils(图2 D段条带)，PCB厚度为31mils, Cap轨道(E段)为273mils, PCB厚度为0.08mm，段下电容轨道为273mils。该组件可保持约0,22pf的电容。PCB使用的材料是fr -4环氧玻璃，由厚度为0.0032英寸±10%的HTE铜层压而成。该算法的目标是利用节能路由传输数据包，使总传输能量最小化，从而使网络寿命最大化。该算法由三个主要步骤组成。 |
| 在对所提出的天线进行设计计算后，我们得到图2，其中包括16段。在几何绝对坐标系下，在仿真软件中创建该图像的尺寸细节如下表所示。 |
仿真结果 |
| 作为数据的结果，我们得到了如图3所示的模拟天线图像。该天线设计属于具有加载效应的偶极子天线。在这种天线馈电是偏置的，但它不是一个单极子结构，不像大多数天线。它是线基弯曲天线。为了降低垂直高度，我们采用了弯曲形状作为加载。如图5所示，功率处理能力将达到+60dBm。 |
| 图4显示了场强和倾斜度的三维格局。该图也显示了水平面具有方向性，由于偶极子结构，得到了“八形”图样。这显示了f/b比率优化，但不是我们的重点。它显示阻抗为35欧姆。共极化模式在-12db左右。图5显示了基于SLOVER is MOM的仿真工具得到的俯仰面最大增益为1.6 dB。图6显示了在仰角平面上得到的全向格局。图形轴在H平面上发生移位，这是由于加载造成的。 |
实现结果 |
| 通过分析上述工作的结果，我们在无线传感器节点*的PCB上制作了相同的贴片天线，并在实验室中成功地获得了结果，并根据应用需求和通信规则很快将在实际现场进行测试。由于负载使阻抗从73欧姆修正，无功部分过大，抑制了天线效率，天线因数较低。为了匹配这一规格，采用了阻抗匹配电路。该天线的PCB布局如图7所示，阻抗推进电路如图8所示。电容和电感的数值可在PCB制作完成后根据实际阻抗选择，并需要增益。 |
结论及未来工作 |
| 从以上的结果讨论，我们想说pcb基天线是一个典型应用的无线传感器节点的成本效益更好的解决方案。其性能优于倒F天线[1] |
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表格一览 |
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| 表1 |
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数字一览 |
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参考文献 |
- AnjumC。Soras, M. Karaboikis, G. Tsachtsiris和V. Makios，“2.4GHz ISM频段打印在PCMCIA卡上的倒f天线的分析和设计”，IEEE天线和传播杂志，vol.44, no. 1。1，第37-43页，2002年2月
- S. A. Bokhari, J. F. Zuercher, J. R. Mosig和F. E. Gardiol“一种具有方便调谐选项的小型微带贴片天线”，IEEE Trans。天线Propag。，第44卷，no。11，第1521 -1528页1996
- 这个名字,、;罗斯韦尔,E.J.;迪亚兹,境;Fuchi k;Temme,。“基于超材料技术的贴片天线小型化”，天线与传播，IEEE会刊，页码:2175 - 2182卷:60期:2012年5月。
- 松岗,h;濑户,即;Sekiguchi t;吉田,h;Tsujimura, a;Namekata, M。“在2.4/5 GHz频段上使用平面天线的无线局域网PC卡的开发”，无线通信与网络会议，2005年IEEE，第(s)页:573 - 577卷:1,2005年3月13-17日。
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