433 MHz minyatürleştirilmiş spiral baskılı anten tasarımı
Yan Dong, Wang Pengfei, Li Shuaiyong, Wang Ping, Wang Peng
(Eğitim Bakanlığı'nın Endüstriyel Nesnelerin İnterneti ve Ağ Kontrolüne İlişkin Temel Laboratuvarı, Chongqing Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi, Chongqing 400065)
Mikroşerit hattı, dielektrik substrat üzerindeki spiral antenin iz şeklini taklit etmek için kullanılır ve antenin yapı boyutunu küçülten 433 MHz minyatürleştirilmiş spiral baskılı bir anten tasarlanmıştır. Simülasyon yazılımı HFSS, antenin ana yapısal parametrelerini analiz etmek ve optimize etmek için kullanılır ve antenin optimal yapısal parametreleri türetilir ve antenin empedans performansı, pasif topaklanmış elemanların yüklenmesi yöntemi ile geliştirilir. Geri dönüş kaybı ve kazancı incelenmiştir ve sonuçlar şunu göstermektedir: S (1,1) < -10 dB'lik etkin bant genişliği 3.4 MHz (431.5 MHz ~ 434.9 MHz), 433 MHz'lik rezonans frekansındaki S11 -24 dB ve etkin kazanç -4.14 dB'dir.
Çift katmanlı spiral yapı; baskılı anten; dönüş kaybı; kazanç
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TN82
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.02.022
Çince alıntı biçimi: Yan Dong, Wang Pengfei, Li Shuaiyong, et al. 433 MHz minyatürleştirilmiş spiral baskılı antenin tasarımı.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2017, 43 (2): 92-94, 98.
İngilizce alıntı biçimi: Yan Dong, Wang Pengfei, Li Shuaiyong, et al. 433 MHz minyatürleştirilmiş spiral baskılı anten tasarımı.
Electronic Technique lisansı, 2017, 43 (2): 92-94, 98.
0 Önsöz
Kablosuz algılama teknolojisinin hızla gelişmesiyle birlikte, 433 MHz kablosuz iletişim ekipmanı, taşınabilir ekipman, araç terminalleri, akıllı kilitler ve diğer alanlarda daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Kablosuz iletişim ekipmanının önemli bir parçası olan anten, iletişim sisteminin genel performansını etkileyen önemli bir bileşendir.
Yurtiçi ve yurtdışındaki bilim adamları, 433 MHz baskılı antenin yüksek kazançlı ve minyatürleştirilmiş yapısı üzerinde yıllarca araştırmalar yaptılar. Bununla birlikte, 433 MHz baskılı antenlerin tasarımında, geçmişte akademisyenlerin iki ana eğilimi vardır: biri, literatürdeki yapısal şema gibi yüksek kazanç sağlamak için boyutu feda etmek; diğeri ise boyut minyatürleştirmesini sağlamak için kazancı feda etmektir. Literatürdeki şema gibi.
Antenin efektif boyut ve kazanç özellikleri göz önüne alındığında 433 MHz minyatürleştirilmiş baskılı antenin tasarım zorluğudur.Bu tasarım 433 MHz baskılı anten üzerinde yerli ve yabancı bilim adamlarının araştırma deneyimlerine dayanmaktadır.14 dalga boylu monopole antene dayalı bir tasarım tasarlanmıştır. 433 MHz minyatürize spiral baskılı anten. Simülasyon sonuçları, antenin yalnızca 20 × 35 mm2 kapladığını ve etkin kazancın -4.14 dB olduğunu göstermektedir.
1 Antenin yapısal tasarımı
Bu yazıda tasarlanan spiral baskılı anten, spiral antenin kablolama şeklini taklit etmek için dielektrik substratın üst ve alt katmanlarına kademeli olarak yerleştirilecek mikroşerit hatlarını kullanan serpantin baskılı antenin deforme bir yapısıdır. Şekil 1, bu makalede tasarlanan spiral baskılı antenin yapı diyagramını göstermektedir.
Şekil 1'de görüldüğü gibi spiral baskılı antenin üst ve alt katmanlarının iz uçları 0,3 mm yarıçaplı bakır deliklerle birbirine bağlanır, bu da antenin sadece akım yolunun etkin uzunluğunu artırmakla kalmaz, aynı zamanda anten izi için gereken yerden tasarruf sağlar. Serpantin baskılı anten ile karşılaştırıldığında, iki katmanlı bir yapıya sahip spiral baskılı anten, yalnızca antenin fiziksel uzunluğunu etkili bir şekilde artırmakla kalmaz, aynı zamanda antenin kapladığı alanı da en aza indirir. Aynı zamanda, iki anten katmanının ortasında bulunan dielektrik substrat, iki anten katmanı arasındaki elektromanyetik paraziti ve ters yönde akım yönlendirmesinin neden olduğu kazanç zayıflamasını bastırabilir, böylece antenin kazanç özelliklerini arttırabilir.
Sinyal, dielektrik sabiti r olan bir dielektrik ortamda iletildiğinde, orta dalga boyu:
Basılı anten dielektrik substratının etkili dielektrik sabiti, mikroşerit hattının eşdeğer dielektrik sabitine benzer olduğundan ve kazanç gereksinimleri dikkate alındığında, genellikle anten genişliğinin w dielektrik substrat kalınlığına oranı h w / h'yi karşılamaktadır. > 1. Basılı anten dielektrik substratının etkili dielektrik sabitinin hesaplama formülü şöyledir:
Formülde eff, dielektrik substratın etkili dielektrik sabitidir, h dielektrik substratın kalınlığıdır ve w, basılı antenin çizgi genişliğidir. Tek kutuplu baskılı antenin uzunluğunun şu olduğu sonucuna varılabilir:
Yukarıdaki baskılı antenin sayısal analiz formülüne göre bu yazıda tasarlanan antenin başlangıç uzunluğu 155 mm'dir. Basılı antenin bükülmesinin boyut küçültme etkinliği üzerindeki etkisinden dolayı, antenin gerçek boyutu teorik olarak hesaplanan boyuttan daha büyüktür ve değişkenlerin başlangıç değerleri Tablo 1'de gösterildiği gibi ayarlanır.
2 Anten yapısı parametrelerinin araştırılması ve optimizasyonu
Optimal anten yapısı boyutunu elde etmek için, bir anten modeli oluşturmak için HFSS kullanılır ve antenin çeşitli yapısal parametreleri simüle edilir ve optimize edilir.
2.1 Anten yapısının anten performansı üzerindeki etkisi
(1) L'nin anten rezonans frekansı üzerindeki etkisi
Antenin diğer yapısal parametrelerini değiştirmeden HFSS'nin parametre tarama fonksiyonu ile L1 = 14 mm, L2 = 13 mm ve L3 = 12 mm iken antenin dönüş kaybını tarayarak antenin rezonans frekanslarını 628 MHz, 653 MHz ve 684 olsun. MHz, sonuç Şekil 2'de gösterilmektedir. Bu nedenle, L arttıkça rezonans frekansının kademeli olarak azaldığı veya bunun tersi olduğu sonucuna varılabilir.
(2) D'nin anten rezonans frekansı üzerindeki etkisi
Antenin diğer yapısal parametrelerini değiştirmeden bırakın, antenin dönüş kaybını D1 = 2 mm, D2 = 1.8 mm ve D3 = 1.6 mm iken tarayın ve antenin rezonans frekanslarını sırasıyla 644 MHz, 653 MHz ve 663 MHz olsun, sonuçlar Şekil 3'te gösterilmiştir. Gösterildi. Bu nedenle, D arttıkça rezonans frekansının kademeli olarak azaldığı ve bunun tersi olduğu sonucuna varılabilir.
(3) Anten rezonans frekansı üzerindeki W etkisi
Diğer yapısal parametreleri değiştirmeden tutun, W1 = 0.8 mm, W2 = 0.9 mm ve W3 = 1 mm olduğunda antenin dönüş kaybını tarayın ve antenin rezonans frekansları sırasıyla 653 MHz, 667 MHz ve 674 MHz'dir.Sonuçlar Şekil 4'te gösterilmektedir. Göstermek. Bu nedenle, W anten genişliği arttıkça, rezonans frekansının kademeli olarak arttığı ve bunun tersi olduğu sonucuna varılabilir.
Çeşitli yapısal parametrelerin yukarıdaki araştırma sonuçlarına göre, çeşitli faktörler kapsamlı bir şekilde dikkate alınarak, anten yapı boyutu Tablo 2'de gösterilmiştir.
2.2 Antenin empedans uyumu ve pasif toplu orijinalin yüklenmesi
Anten ve besleyici arasındaki empedans uyumu, antenin rezonans frekansını etkileyecek ve anten ile alıcı-verici arasındaki sinyal iletim verimliliğini doğrudan etkileyecektir. Anten ile besleyici arasına bir empedans uyumlu ağ eklemek, empedans uyumsuzluğunun neden olduğu kaybı azaltabilir. Bu nedenle, antenin empedansına uyması çok önemlidir.
Bu makale, pasif topaklanmış elemanlar yükleyerek antenin empedans performansını iyileştirir. Şekil 5, anten yapısı optimize edildikten sonra elde edilen Smith empedans daire diyagramını göstermektedir. Şekilden, antenin normalize edilmiş giriş empedansının 0.1-j0.64 olduğu, yani 50 standart empedanstan büyük bir sapmaya sahip olan (5-j32) olduğu görülmektedir.
Antenin empedans özelliklerini iyileştirmek ve antenin rezonans frekansını beklenen amaca ulaştırmak için, bu makale anteni pasif topaklanmış elemanlarla yüklemek için L şeklinde bir eşleştirme ağı kullanır Eşleşen ağ ve topaklanmış elemanların değerleri Şekil 6'da gösterilmiştir.
Antenin kendisinin radyasyon performansını etkilememek için, bu kağıt pasif topaklanmış bileşenleri mikroşerit besleyiciye yüklemek için HFSS kullanır. İndüktör, mikro şerit besleyici ile antenin giriş ucu arasına seri olarak bağlanır ve kapasitör, mikro şerit besleyici ile zemin düzlemi arasına paralel olarak bağlanır.
3 Anten simülasyon sonuçlarının analizi
Optimize edilmiş yapıyla anten modelini çalıştırmak ve simülasyon sonuçlarını analiz etmek için HFSS'yi kullanın.
3.1 İade kaybı analizi
Antenin frekans aralığı 420 MHz ila 446 MHz arasında seçilir ve geri dönüş kaybının S11 simülasyon sonucu Şekil 7'de gösterilmektedir.
Şekil 7'de gösterildiği gibi, antenin rezonans frekansı 433 MHz'dir ve rezonans frekansındaki dönüş kaybı -24 dB'dir S11, 3.4 MHz (431.5 MHz-434.9 MHz) efektif bant genişliği içindedir. < -10 dB.
3.2 Kazanç analizi
Anten kazancı, bir antenin en önemli göstergelerinden biridir. Antenin E düzleminin ve H düzleminin her bir yönündeki kazanç değeri, anten kazanç özelliklerinin değerlendirilmesinin ana temelidir.
Şekil 8'den, 433 MHz frekans bandında, XZ düzlemindeki antenin etkin kazanç eğrisinin nispeten sabit olduğu ve maksimum etkin kazanç değerinin -4.14 dB olduğu; XY düzlemindeki etkin kazanç eğrisinin büyük dalgalanmalara sahip olduğu ve maksimum etkili kazanç eğrisinin ortaya çıktığı görülebilir. Kazanç -4.15 dB'dir.
4. Sonuç
Araştırma ve analiz yoluyla, 433 MHz minyatürleştirilmiş spiral baskılı bir anten tasarlandı. Anten tasarımı, geleneksel harici sarmal anten ve tek kutuplu yılan şeklindeki baskılı antenin yapısal özelliklerini içerir Mikroşerit hattı, antenin yapısal boyutunu küçülten dielektrik substrat üzerindeki sarmal antenin kablo şeklini taklit etmek için kullanılır. Ek olarak, pasif topaklanmış elemanların yüklenmesi, antenin minyatürleştirilmesini sağlar, böylece antenin rezonans frekansını azaltmak için fiziksel uzunluğu uzatmasına gerek kalmaz. Nihai simülasyon testi sonuçları, antenin performansının beklenen göstergeleri karşıladığını göstermektedir.
Referanslar
NIAMIEN MAC, COLLARDEY S, SHARAIHA A, ve diğerleri.DVB-T / H alımı için manyeto-dielektrik substratlar üzerinde küçük anten Antenler ve Yayılma Konferansı (LAPC), 2011 Loughborough. IEEE, 2011: 1-4.
Yang Lixia, Shi Bin, Mao Shiling ve diğerleri.Yivli bir çift bantlı geniş bant Koch fraktal anteni.Çin Radyo Bilimi Dergisi, 2014, 29 (3): 492-497.
LOIZOU L, BUCKLEY J, O'FLYNN B. Ortogonal frekans kontrollü radyasyon düzlemlerine sahip çift bantlı ters çevrilmiş bir F anteninin tasarımı ve analizi Antenler ve Yayılma, IEEE İşlemleri, 2013, 61 (8): 3946-3951.
YAO Y, YU J, CHEN X. Kompakt çok bantlı düzlemsel anten tasarımı Mikrodalga Konferans Bildirileri (APMC), 2012 Asya-Pasifik IEEE, 2012: 1328-1330.
Guo Rong, Cao Xiangyu, Yuan Zidong ve diğerleri.Yeni bir geniş bant yönlü yama anteninin tasarımı.Acta Physica Sinica, 2014, 63 (24): 244102.
Wu Junwei, Gong Ziping, Wan Xianrong, vb. Basitleştirilmiş gerçek frekans yöntemine dayalı geniş bant anten empedans eşleştirme ağ tasarımı, Chinese Journal of Radio Science, 2011, 26 (2): 382-387.
Liu Chao, Liu Qizhong, Liang Yujun, ve diğerleri Gemiler için kısa dalga geniş bant kırbaç antenleri üzerine araştırma. Chinese Journal of Radio Science, 2006, 21 (6): 955-958.
