一种433 MHz小型化螺旋形印刷天线的设计
19 浏览量
2020-10-16
08:27:31
上传
评论 4
收藏 470KB PDF 举报
一种一种433 MHz小型化螺旋形印刷天线的设计小型化螺旋形印刷天线的设计
采用微带线在介质基片上模仿螺旋天线的走线形式，设计了一种433 MHz小型化螺旋形印刷天线，减小了天线
的结构尺寸。采用仿真软件HFSS对天线的主要结构参数进行分析和优化，推导出了天线的最佳结构参数，并通
过加载无源集总元件的方法改进了天线的阻抗性能。对回波损耗、增益进行了研究，结果表明：S(1，1)<-10
dB的有效带宽为3.4 MHz(431.5 MHz～434.9 MHz)，在433 MHz谐振频点处的S11为-24 dB，有效增益为-4.14
dB。
0 引言引言
随着无线传感技术的飞速发展，433 MHz无线通信设备在便携设备、车载终端、智能锁等领域得到了更加广泛的应用
[1]
。天
线作为无线通信设备的重要组成部分，是影响通信系统整体性能的关键部件
[2]
。
国内外学者对433 MHz印刷天线高增益、小型化的结构方案进行了多年的探索。但是，以往的学者在433 MHz印刷天线的
设计中，主要有两种趋向：一种是牺牲尺寸来保证高增益，如文献[3]中的结构方案；另一种是牺牲增益来保证尺寸的小型
化，如文献[4]中的方案。
兼顾天线的有效尺寸和增益特性是433 MHz小型化印刷天线的设计难点，本设计汲取了国内外学者对433 MHz印刷天线的
研究经验，以1/4波长单极子天线为基础，设计了一种433 MHz小型化螺旋形印刷天线。仿真结果表明，该天线占用面积仅
20×35 mm
2
，有效增益为-4.14 dB。
1 天线的结构设计天线的结构设计
本文所设计的螺旋形印刷天线是蛇形印刷天线的变形结构，采用微带线在介质基片的上下两层串绕来模仿螺旋天线的走线
形式。图1所示为本文所设计的螺旋形印刷天线的结构示意图。
如图1所示，螺旋形印刷天线上下两层的走线端采用半径为0.3 mm的铜孔连接，这使得天线既增加了电流路径的有效长度，
又节约了天线走线所需的空间。相对于蛇形印刷天线，采用两层结构的螺旋形印刷天线既能有效增加天线的物理长度，又能最
大化的减少天线的占用面积。同时，位于两个天线层中间的介质基片，可以抑制两个天线层之间的电磁干扰和相反方向电流走
线所引起的增益衰减，从而增加天线的增益特性。
当信号在介电常数为ε
r
的电介质中传输时，其介质波长为：
由于印刷天线介质基板的有效介电常数近似于微带线的等效介电常数
[5]
，且考虑到其增益的需求，通常天线宽度w与介质基
板厚度h的比值都满足w/h>1。印刷天线介质基板的有效介电常数的计算公式为：
式中，ε
eff
为介质基板的有效介电常数，h为介质基板的厚度，w为印刷天线的线宽。由此可以得出单极子印刷天线的长度为：
由上文对印刷天线的数值分析公式可知，本文设计的天线的初始长度为155 mm。由于印刷天线的弯折对尺寸减小有效性的
资源评论
