基于RFID的小型圆极化天线的研究

而孔的大小又与L成一定的匹配关系(下文详述)，从而如果切角、L、r不满足上述关系时会导致两简并模之间的相位差大于或<90°导致轴比变差。而 增益受L与r共同影响，单一增大L对改善增益是没有效果的。L与r要满足一定关系才能优化增益。r的大小直接影响介质板的等效介电常数在1～4．4范围内 变化，调节r就可方便容易的调节等效介电常数。半径越大，介质板中空气的比例越大，等效介电常数就越校而等效介电常数与￡要满足关系式(1)，所以在调 节r的同时也要调节L，而一般L越大增益就会越大。但要在满足上述关系下增大和调节L，因为辐射面、介质板和地平面等效为一段长为L的低阻抗微带传输线， 在传输线两端断开形成开路。两开路端电场可分解为相对于接地板的垂直和水平分量。

两个垂直分量电场相反，水平分量电场方向相同。在垂直于接地板方向，两水 平分量电场产生的远区场同相叠加，形成了最大辐射方向。如果L与r(即)不满足关系式会影响电场方向，不能使两水平分量电场达到最大同相叠加从而导致增益 减小。还发现切角深度的加深使谐振频率向右稍微偏移。因为随切角深度的加大，有效谐振边减小，使得谐振频率发生一定偏移。

2．2 匹配网络
为使天线的负载能够吸收全部入射波功率所以进行阻抗匹配，若不匹配将会引起严重反射，使效率降低，影响增益与轴比，故铜片的尺寸、位置和串联电容对天线的增 益和轴比有重要影响。本天线采用串并联结合将阻抗匹配到50 Ω，等效电路，如图2所示。其中，R、L为微带馈线的等效电阻和电感，C1为串联电容，C0为铜片形成的等效并联电容。在不加匹配网络前阻抗位置在感性阻 抗区，所以进行串并联电容来增大容抗使阻抗向容性阻抗方向变化。电容容抗为l／jωC1，C1越大容抗越小，较小串联电容会较大改变阻抗，C1≥33 pF时对阻抗改变几乎没有影响，如果电容再增大就相当于短路。而在适当范围内随着串联电容的增大，阻抗点位置沿等电阻圆顺时针移动。本天线的创新点在于作 为结构电容的铜片，与壳体形成平板电容，相当于与微带并联电容，形成的平板电容器电容

铜片面积S与平板电容器电容成正比，铜片与壳体距离d与之成反比。随着铜片与壳体距离减小、铜片面积增大，阻抗点沿等电阻圆逆时针移动。

3 优化后的结果
根据仿真天线各部分最优尺寸为：切角为34 mm，圆孔半径为20mm，寄生单元尺寸为88*91*1 mm，辐射面尺寸为72*72*0．035 m，介质板为：119*119*12 mm。在串联电容为5．3 pF，铜片大小为9*9 mm，距壳体距离为1．5 mm处阻抗为50 Ω。天线整体尺寸为122*122*40 mm。图3～图6为仿真结果：增益为6．743 dBi，轴比为0．522 dB，在902～928 MHz驻波比<1．2，阻抗值约为50 Ω。

天线制作出来后用矢量网络分析仪对天线的驻波和阻抗进行测量：驻波比在40 MHz频带内都<1．2。工作频段902~928 MHz内阻抗在50 Q附近，阻抗得到良好匹配。利用微波暗室对天线的增益和轴比进行测量，增益为6．22 dBi，轴比为1．37 dB。实测结果见图7~图10所示。

4 结束语
本天线以两大创新点为基础设计并研究了适用于900 MHz无源RFID系统的6dBi小型圆极化天线，实测的增益、阻抗、带宽、方向图及轴比都满足RFID系统的要求。