無線射頻讀寫器天線系統(tǒng)設(shè)計-資料下載頁
2025-06-02 22:54本頁面
【正文】 04 . 0 02 . 0 00 . 0 0dB(S(1,1))H FS S D e s i g n 1X Y P l o t 4ANSOFTC u r v e In f od B ( S ( 1 , 1 ) )S e t u p 1 : S w e e pe = 39。 8 . 3 5 m m 39。 m = 39。 0 . 2 m m 39。 圖 46 回波損耗 S11的仿真曲線圖 S11 return loss simulation graph 天線的輸入阻抗 如下圖 47 所示的 S11 參數(shù)的 Smith 圓圖，我們可以從圖中看出在 433MHz 處，天線的歸一化阻抗是 () Ω ,說明與 50Ω阻抗匹配良好，符合天線饋線的要求。 5 . 0 02 . 0 01 . 0 00 . 5 00 . 2 00 . 0 05 . 0 05 . 0 02 . 0 02 . 0 01 . 0 01 . 0 00 . 5 00 . 5 00 . 2 00 . 2 00 . 0 001020304050607080901001101201301401501601701801 7 01 6 01 5 01 4 01 3 01 2 01 1 01 0 0 9 0 8 07 06 05 04 03 02 01 0H FS S D e s i g n 1S m i t h C h a r t 1ANSOFTC u r v e In f oS ( 1 , 1 )S e t u p 1 : S w e e p 圖 47 參數(shù) S11的 Smith 圓圖 Parameters S11 Smith chart 天線的輻射特性 如下圖 48 所示為本設(shè)計的微帶天線輻射方向圖，從圖中可以看出天線的 x 軸方向具有較高的增益，在 y 軸方向幾乎沒有輻射，在 z 軸的天線增益不是很理想。設(shè)計的天線全向性不是太理想，在 z 軸方向需要增強。這樣才能在 TPMS 系統(tǒng)中讀寫器實時準確接收到每一個輪胎發(fā)來的胎壓信息，實現(xiàn)對胎壓情況實時監(jiān)測。后面將介紹通過改善接地板來提高天線的方向輻射增益。對設(shè)計的天線進一步從整體進行優(yōu)化。 無線射頻讀寫器天線系統(tǒng)設(shè)計 20 圖 48 天線的增益方向圖 Antenna gain pattern 接地板對天線的 影響 因為在輻射貼片上的電流要小于接地板上的電流，所以接地板要足夠大才可以，至少要比輻射貼片的面積大，通過 HFSS 軟件的仿真分析，增大接地板的面積可以獲得更高的增益效果，降低天線輸入阻抗的作用。最終確定本設(shè)計的微帶天線的接地板大小為 5060mm。 同時通過 HFSS 軟件仿真發(fā)現(xiàn)多增加一層地板可以起到降低天線的工作頻率的作用，可以縮小讀寫器微帶天線的尺寸。天線的 S11 參數(shù)如下圖 49 所示，從圖中可以看出雖然工作頻率是降低了，阻抗匹配變差了，天線的增益大大降低了。在下一節(jié)將介紹天線的匹配電路，改善它的輸入阻抗， 達到與 50Ω傳輸線相匹配的網(wǎng)絡。 (a)一層地板結(jié)構(gòu)的 S11參數(shù) (b)雙層地板結(jié)構(gòu)的 S11參數(shù) 圖 49 地板的層數(shù)對天線的影響 Effect of floor layers of the antenna 天線接入的匹配電路 從上圖 49b 所示的 S11 參數(shù)仿真曲線看出， S11 最低值才為 ，效果很不理想，為了改善天線的增益，必須接入合適的匹配電路。 S11 在最低點的頻率為 ，分析出在這一頻點的輸入阻抗約為 (21j55)Ω。利用 ADS 軟件進行電路設(shè)計，把在 HFSS 軟件中設(shè)計的雙層微帶天線的仿真導入到 ADS 中，得到如圖 411 所示的 Smith 圓圖。從 Smith圓圖中將其匹配在 50Ω的傳輸線網(wǎng)絡。匹配電路圖如圖 410 所示 。 青島科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 410 匹配電路圖 Match circuit diagram 5 . 0 02 . 0 01 . 0 00 . 5 00 . 2 00 . 0 05 . 0 05 . 0 02 . 0 02 . 0 01 . 0 01 . 0 00 . 5 00 . 5 00 . 2 00 . 2 00 . 0 001020304050607080901001101201301401501601701801 7 01 6 01 5 01 4 01 3 01 2 01 1 01 0 0 9 0 8 07 06 05 04 03 02 01 0H FS S D e s i g n 1S m i t h C h a r t 1ANSOFTC u r v e I n f oS ( 1 , 1 )S e t u p 1 : S w e e p 圖 411 匹配后的 Smith 圓圖 After matching Smith chart 在端口 1 接入天線，在端口 2 接入傳輸線。之后再 433MHz 處的輸入阻抗為（ ） Ω ,天線的輸 入阻抗與傳輸線的特性阻抗非常接近。在接入匹配電路后分析它的 S11 參數(shù)，如圖 412 所示，在 433MHz 處達到 ，滿足 TPMS 系統(tǒng)中的通信要求。 無線射頻讀寫器天線系統(tǒng)設(shè)計 22 圖 412 接入匹配電路后的 S11參數(shù) S11 parameter access after matching circuit 匹配后的天線輻射特性 圖 413 匹配后的天線增益圖 After matching antenna gain pattern 從上圖 413 所示的匹配后的天線增益圖，可以 看出天線的增益大大增強。在 Y 軸和 Z軸方向具有良好的輻射特性。作為無線射頻讀寫器的天線，則在 Y 軸和 Z 軸方向有良好的接收特性，能夠很好地接收四面的汽車輪胎內(nèi)的發(fā)射天線發(fā)送的電磁波，從而可以良好的接收胎壓信號。 青島科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 5 總結(jié)與討論 隨著現(xiàn)在社會工業(yè)化進程加快，汽車銷量直線上升，汽車的安全性問題越來越引起人們的關(guān)注。在汽車輪胎內(nèi)安裝胎壓監(jiān)測系統(tǒng)越來越普遍， TPMS（輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)）會隨著汽車的普及一樣，也會越來越普及。本論文主要介紹了在 TPMS 系統(tǒng)中無線射頻讀寫器天線系統(tǒng)的設(shè)計。天線作為 TPMS 系統(tǒng)中重要的 器件之一，天線接收的好壞直接影響到胎壓信號的監(jiān)測。 本論文采用了微帶天線的設(shè)計方法，在不改變工作頻率的情況下把讀寫器天線做的盡可能的小，這樣適合把讀寫器放在駕駛室里而不會占用太大的空間，滿足車主對汽車的舒適和美觀。通過學習 HFSS 軟件，利用 HFSS 對設(shè)計天線的回波損耗 S11 進行仿真。在設(shè)計中對天線的各個參量尺寸大小進行仿真分析，最終得到在 433MHz 處 S11 最小的天線。這個過程需要對各個參數(shù)進行不斷地修改再仿真，最終是一步步的仿真分析得到性能最優(yōu)越的天線。但是得到的天線方向性不是很理想，在查閱相關(guān)文獻后，通 過采用雙層接地板來增強天線的輻射增益效果，通過接入匹配電路后，達到方向性良好的無線射頻讀寫器接收天線。 無線射頻讀寫器天線系統(tǒng)設(shè)計 24 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
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