苏州莱瑞测信息科技有限公司

面向RFID应用的2.4GHz微带天线的设计与实现

   2010-08-25 电子产品世界4250

  我们在设计时,考虑到微带天线应用在手持扩频通信设备中,要求天线具有剖面薄、体积轻、小型化的特点。根据上述公式计算出天线的实际尺寸,然后在AGILENT公司的电路和系统分析软件ADS上建模,仿真优化,得到图4所示的天线模型。该天线工作频率为2.4GHZ,尺寸为10MM×7.88mm,天线固定在尺寸为53mm×6.72mm的基板上,其材料选用FR4,相对介电常数为4.4,基板厚度为1.2mm。对贴片天线进行单点直接馈电,馈电点到贴片中心的距离为4.2mm,保证了天线体积的小型化。在馈线末端开出一个0.38mm的接地孔,以便和接地层相连。Length的长度与板厚有关系,板厚1.2mm,对应的Length长度为3.175mm。一体式结构适合大规模的生产和调试,并且坚固抗折,适合在卡状设备中使用。

 

  为了优化射频卡天线的传输性能,天线的辐射电阻必须适应射频电路的阻抗特性。阻抗匹配是指在天线能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等,此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了,反之则在传输中有能量损失。在设计天线时,为了防止信号的反射,要求线路的阻抗为50欧姆。通过ADS的仿真分析后得到50欧的微带参数为:铜箔厚度为0.7mil,基片厚度为10mil,导线宽度为20mil,导线距地平面的距离为31mil。

  仿真结果与整版测试

  应用ADS的高频信号仿真对天线进行仿真,仿真结果如图5所示。

 

  从仿真图 5的(a)(b)(c)中可以看出天线工作在频率为2.44GHz的时候,天线辐射特性良好,主辐射方向垂直于天线表面。由于微带天线尺寸和接地板尺寸都比较小,把天线放在一个常见的周围环境中进行操作的时候要进行一些调整[5]。图(d)显示三个远程控制2.4GHZ天线的反射测试方法的结果。红线表示天线放在周围没有障碍物的自由空间里面的反射结果。把天线放在塑料障碍物里,通过降低回声频率来影响性能,对性能的影响更加明显。在设计的过程中应重点考虑这一因素并加以调整。在实际应用中,在天线前端加上功率放大器和滤波器,能有效的增大天线发射功率,进而提高射频卡的整体性能。使用频谱仪对发射功率进行测试,结果显示发射功率达到了预期的指标(不小于20 dBm),发射功率测试结果及射频卡样机实物如图6所示。

 
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