微带天线小型化技术研究

论文摘要

随着无线通信技术的飞速发展,无线通信终端开始往小型化、多功能方向发展。天线作为无线通信进出口,在很大的程度影响着无线通信系统的性能。在大多数的情况下,天线的尺寸也是无线通信终端尺寸的主要决定因素。微带天线具有剖面低、价格优廉、重量小、体积小、制造简单以及容易与射频微波电路集成等优点,被广泛地应用于无线通信领域。本文针对微带天线的小型化方法这一热点问题进行了研究、分析和总结。首先总结了国内外的研究现状,紧接着简要地介绍了微带天线的基本结构、工作原理、分析微带贴片天线的传输线方法,同时对微带贴片天线设计过程中涉及到的性能参数进行了分析和讨论。然后,本文针对手机集成射频识别（RFID）阅读器的工作原理进行了分析,并在此基础上了提出了手机集成阅读器天线的设计指标。接着从磁性材料的的特性入手,结合传输线的理论方法,分析了磁性材料在微带天线小型化设计过程对微带天线的各项性能影响。根据分析结果,采用了磁性材料作为微带天线的基底,设计了适合用于手机集成的433MHz RFID阅读器天线。该天线采用矩形缝隙对贴片进行耦合馈电,十分便于集成和制作。天线贴片尺寸是传统微带天线的七分之一,但其性能仍能满足RFID阅读器的需求,其阻抗带宽（S11<-10dB）为1.3MHz,覆盖了RFID阅读器的工作频段。天线的增益达到了1.26dBi。最后,本文研究了微带天线另一种形式,平面倒F天线（PIFA）的小型化和多频设计技术。提出使用折叠贴片以及多矩形缝隙加载技术设计具有三频特性的小型PIFA天线的思路和方法。使用该方法,设计了一款工作在GSM/DCS/ISM频段的PIFA天线。仿真结果表明,该天线在三个频段的阻抗带宽分别达到了30 MHz、50 MHz、140 MHz。天线三个工作频段的中心频率点可以通过简单地调节天线的参数进行较为独立地调节。天线体积明显地缩小,仅占用27×25×7 mm3大小的空间,是传统PIFA天线所占用空间的五分之二。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状与成果
• 1.3 论文的主要研究工作及内容安排
• 第2章 微带天线及其传输线分析方法
• 2.1 微带天线基本原理
• 2.1.1 微带天线的基本结构
• 2.1.2 微带天线辐射原理
• 2.1.3 微带天线的馈电方式
• 2.2 微带天线的基本参数
• 2.2.1 天线的输入阻抗
• 2.2.2 天线的方向系数和增益
• 2.2.3 天线的极化方式
• 2.2.4 比吸收率（SAR）
• 2.2.5 天线的品质因数
• 2.2.6 天线的带宽
• 2.3 分析微带天线的传输线方法
• 2.3.1 传输线法的基本假设
• 2.3.2 微带天线的传输线模型
• 2.3.3 微带天线等效电路
• 第3章 手机集成阅读器天线设计
• 3.1 手机集成RFID阅读器天线
• 3.1.1 射频识别技术简介
• 3.1.2 手机集成RFID阅读器
• 3.1.3 手机集成阅读器天线设计指标
• 3.2 基于磁性材料的小型化微带天线性能分析
• 3.2.1 微带天线尺寸缩减因子
• 3.2.2 磁性基底天线带宽估算
• 3.2.3 馈电方式对天线的性能的影响
• 3.2.4 磁性材料损耗对天线的性能的影响
• 3.3 基于磁性材料的433.92MHz RFID阅读器小型天线设计
• 3.3.1 阅读器天线结构描述
• 3.3.2 天线阻抗匹配情况
• 3.3.3 天线辐射方向图增益及分析
• 3.3.4 天线性能预测及对比
• 第4章 小型三频平面倒F天线设计
• 4.1 小型平面倒F天线及多频技术
• 4.1.1 平面倒F天线的基本结构与原理
• 4.1.2 平面倒F天线的多频技术
• 4.1.3 采用折叠贴片的小型化倒F天线
• 4.2 GSM/DCS/ISM三频小型PIFA天线
• 4.2.1 天线的结构描述
• 4.2.2 各参数对天线性能影响分析
• 4.3 天线仿真及性能分析
• 4.3.1 天线回波损耗
• 4.3.2 天线辐射方向图、增益及其分析
• 结论与未来的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文