关键字 |
| IE3D、小型化、数据、蜿蜒的平面天线 |
介绍 |
平面天线-微带贴片天线 |
| 微带或贴片天线是一种低调的天线，与其他天线相比，它具有许多优点。它重量轻，价格便宜，并且易于与附带的电子设备集成。虽然天线在结构[1]中可以是三维的，但元件通常是平面的，因此它们的另一个名字是平面天线。注意，平面天线并不总是贴片天线。Patch antenna is also used for its for attractive features such as compatibility with Microwave Integrated Circuits and Monolithic Microwave Integrated Circuits[1]-[6]. This paper proposed a new design of Slotted CPW planar Microstrip Patch Antenna with 2 numbers of meander line for Wireless Systems applications.In proposed antenna,Feeding mechanism[5][10] plays an important role in the design of microstrip patch antenna.On one side there is the board dielectric, and on the top is usually air. The technique that has been developed to handle this challenge uses, as was mentioned above, the concept of effective relative dielectric constant, εeff.[5] This value represents some intermediate value between the relative dielectric constant of the board material, εr, and that of air (assumed equal to 1) that can be used to compute microstrip parameters as though the strip were completely surrounded by material of that effective relative dielectric constant. |
| 微带结构的一个明显优点是“开放”线[9]，这使得连接组件非常容易。这种微带贴片天线的主要缺点是带宽低，但有一些技术可以提高我们的贴片天线的系统带宽 |
喂养机制: |
| 馈电是向天线单元提供输入信号，使其在自由空间辐射电磁信号的一种方法。微带贴片天线[6]有多种馈电技术 |
| 最流行的喂养方法是， |
| ï© ' Strip line |
| ï© '微带线 |
| ï© '槽线 |
| 禍鳍线 |
| 禍共面波导 |
共面波导和微带馈线: |
| 目前流行的两种馈线是微带线和共面波导，由于微带馈线设计简单，结构紧凑，但主要缺点是带宽低，效率差。因此，共面波导馈电在许多天线设计中应用最为广泛。提高了天线的效率，改善了回波损耗，从而提高了带宽。CPW馈线的另一个优点是比微带馈线更容易在天线上添加串联和分流元件。对微带和CPW馈电进行了比较分析。 |
| 本文综述了平面天线小型化技术在分形几何、元材料等无线应用中的应用。到目前为止，已经分析了各种小型化。其中，弯曲电流路径是实现减小尺寸和带宽的有效方法。通过引入弯曲线，增加了天线的电长度。 |
天线设计建议 |
| 本文所讨论的天线结构为开槽贴片结构，其弯曲的线连接在开槽的两侧。天线整体尺寸约为(宽*长*高)25*34*1.6mm。该天线采用介电常数约为4.4，损耗正切为0.02的FR4衬底进行建模，所提出的天线结构及其参数如下图所示 |
图1 (a)建议天线结构(b)设计参数 |
参数化分析 |
| 对设计的参数化分析进行了讨论。最初,一个简单的矩形贴片天线设计是由一个维度25 * 34 * 1.6毫米/ FR4基板材料的广泛使用,因为它的低成本和容易犹豫矩形贴片是蚀刻在国开槽结构,腐蚀是由产生“我”形状的天线和这个结构由微带喂养和兴奋的结果是对贫穷的回波损耗低得多,因此天线带宽在分析2、相同的结构是兴奋的Coplanar waveguide feed by introducing two ground plane at both sides of the strip feed which will act as a signal plane.As a result,Its bandwidth is much improved than strip feed.In final analysis ,meandering line is added to the structure .The antenna is now produced tri band wireless applications |
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| 下面给出了回波损耗分析，它将描述天线的性能，无论设计的天线是否适合无线应用。 |
图3回波损耗(dB)对比分析 |
结果与讨论 |
| 基于矩量法的IE3D是一种全波电磁仿真和优化软件包，用于分析和设计三维和平面微波电路、MMIC、RFIC、RFID、天线、评估其输出特性的重要参数是回波损耗(dB)、驻波比、天线增益、效率、带宽及其电流分布和辐射方向图(2D和3D)。 |
(1)回波损耗(dB)和驻波比: |
| 天线回波损耗是天线设计分析中的一个重要参数。它给出了天线反射回多少能量的测量值。它用分贝表示。它应该尽可能保持在最低限度。仿真结果如图所示，回波损耗低于-10dB。天线的回波损耗理论上可以计算为: |
| 回波损耗(dB) = -20 log(Ã′Â′Ã′³Ã′Â′ |
| 获得的回波损耗为-19 dB、-13.5dB和-25dB，适用于Triband无线应用。其中ô³是反射系数，它必须尽可能低。下一个重要参数是驻波比，它是电压驻波比，它决定了计算的带宽是否有用，它也给出了驻波的最大峰值与最小峰值的比值。 |
| 电压驻波比= Vmax / Vmin |
图4回波损耗(dB) |
图5 VSWR显示 |
辐射方向图 |
| 天线的三维辐射方向图用于描述天线的三维辐射特性。它包括方向图类型和覆盖范围、磁通密度、辐射强度和天线极化。通常有三种模式可用，比如， |
同位素, |
定向和 |
全向模式。 |
| 仿真得到的辐射方向图为全向辐射方向图，各方向辐射最大，增益均匀。2D & 3D characteristics of the antenna is taken 2 Dimensional radiation patterns like antenna’s Elevation pattern and Azimuth pattern are analyzed and calculated for phi and theta values of 0 degree and 90 degree.The radiation pattern obtained froACKNOWLEDGEMENTm design is omni directional radiation pattern.omni directional pattern shows that the desired antenna produce uniform radiation in all the directions. |
图6 (a) 5.2 GHz时E-total的三维辐射图(b) 5.2 GHz频段的右手偏振 |
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二维辐射特性 |
辐射效率: |
| 天线效率决定了天线能辐射出多少能量。天线效率要尽可能的高。仿真天线的辐射效率在2.6 GHz频段为49%，5.6GHz频段为62%，5.2GHz频段为65%。天线辐射效率如图8所示 |
图8:天线辐射效率 |
(4).增益和带宽 |
| 天线的增益被定义为天线可以从波前提取多少能量的度量。增益和指向性由方程G=η * d相关。仿真得到的增益在5.6 GHz频段约为2.5 dBi，在2.7 GHz频段无线应用中约为4dBi |
图9:天线总场增益。 |
| 天线的带宽定义为我们能够有效收发信号的频谱，本设计的计算带宽约为(fu1) =2.85 GHz， (fl1) = 2.5GHz, Band1的带宽为300MHz (fu2) =5.4， (fl2) =4.8GHz, Band2的带宽为600MHz (fl3) = 4.9GHz， (fu3) =5.48GHz, band3的带宽为580MHz |
天线的电流分布 |
| 天线电流分布是描述其励磁过程中电场分布的重要参数，该结构表明其5.2 GHz弯曲线和2.6GHz频段边缘处具有良好的场分布。 |
图10:2.6GHz和5.2 GHz天线电流分布(a) |
结论 |
| 针对5.2GHz WiMax/HIPERLAN、5.6GHz和2.6GHz频段的无线应用(三频带)，设计了一种微型化的开槽贴片CPW曲线形馈电天线，并对其进行了参数分析。在工作频带内，天线能产生良好的全向辐射方向图和良好的辐射特性，回波损耗低于-10dB，在2.6GHz时回波损耗约为-19dB，在5.6GHz时回波损耗为-25dB，在5.2 GHz时回波损耗为-13.5 dB，驻波比低于2，天线辐射效率在2.6GHz时约为49%，在5.6GHz时约为62%，在62%时约为65%。在IE3D版本14.0上对天线进行了设计和仿真，得到天线在5.6GHz频段的总场增益为2.5dBi，在2.6GHz频段的总场增益为4dBi。 |
确认 |
| 我要衷心感谢的作者是教授。当M.Shanmuga Priya。博士。，and Head of the Department Dr.J.William.M.Tech.Ph.D.,for their help at the early stage of this work. |
参考文献 |
- Ian F. Akyildiz等。无线传感器网络:一项调查。计算机网络38.4(2002): 393-422。
- 希尔，我是杰森·莱斯特。无线传感器网络的系统架构．迪斯。加州大学，2003年。
- ．H. B. Salameh, T. Shu和M. Krunz，“提高多通道无线传感器网络能效的自适应跨层MAC设计”，Ad Hoc网络，第5卷，no。6, pp.844 -854 2007。
- ．IndraSurjati, Yuli KN和ArkyAstasari，“嵌入式射频识别(RFID)的微带贴片天线”，2010亚太电磁兼容性研讨会，2010年4月12 - 16日，北京，中国。
- ．X.-C。阴,C.-L。阮,S.-G。密苏里州,彭译葶。丁和j - h。朱，一种小型多陷口超宽带微带天线，电磁学研究进展，34(4)，332 -332,2008。
- .黄静，唐静，肖家鸿，吴建明。用于无线传感器网络应用的小型化希尔伯特倒f天线。天线与传播，IEEE学报58岁的没有。9(2010): 3100-3103。
- .司立明，朱伟仁，孙厚军。一种紧凑、平面、cpw馈电的超材料启发双频天线。(2013): 1 - 1。
- .帕迪，s.k.，等。采用c形耦合槽的双极化孔径耦合圆形贴片天线。天线与传播，ieee学报51.12(2003): 3295-3298。
- .J.Y。邱俊英，黄国良，“一种宽频带cpw馈电带状方槽天线”，电子工程学报。天线和传播。, Vol.51,不。4，April 2003, pp. 791-721.
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