基于RFID的微带天线应变传感器的仿真分析

为了研究应变传感器的无线检测技术,提出一种基于无线射频识别(radio frequency identification,RFID)微带天线应变传感器的无线检测方法,将超高频RFID技术与微带天线技术相结合,以微带天线作为标签天线,接收RFID阅读器发射的能量,激活RFID的标签芯片,芯片再通过信号调制技术,消除环境中的噪声干扰,并将天线谐振频率随应变变化信息返回阅读器,实现无源无线的应变检测.分别设计了插入馈电式和边缘馈电式2种RFID微带天线传感器,利用HFSS电磁仿真软件对二者进行了结构和参数优化设计;利用COMSOL仿真软件,通过固体力学和电磁学相耦合的仿真分析,明确了不同应变状态下,2种传感器谐振频率的偏移量与应变均呈线性关系,其仿真结果与理论值相吻合,满足结构应变测量的要求,为实验研究奠定了理论基础.     

无应力组合贴片天线传感器温度性能模拟测试

基于组合式贴片天线的无源无线传感器可应用于结构形变的测量,但环境温度的变化会影响组合式贴片天线的电磁性能。针对环境温度变化影响天线传感器性能的问题,通过温度效应影响理论研究了材料温度系数(热膨胀)和介电常数变化(电磁场变化)对组合式天线谐振频率的影响规律,采用多物理场耦合方法对组合式贴片天线传感器进行了温度效应的数值模拟,对受热膨胀和基板介电常数受热变化的影响进行了量化分析。基于数值模拟明确了天线谐振频率变化的主要原因是基板受热导致介电常数变化,材料受热膨胀引起的谐振频率变化约为主因引起变化的20%,且为负相关。通过试验进一步研究温度对谐振频率的影响,将组合式贴片天线置于温箱中测定了温度梯度下谐振频率变化。模拟和试验结果均表明,随温度的升高,组合式贴片天线一阶纵向谐振频率增加,且具有线性关系,线性拟合系数均高于0.93,模型仿真平均增量预测误差小于20%。明确了该类组合式天线可采用线性温度补偿机制进行形变测量值的修正,为组合式天线传感器在实际工程应用中提供了技术基础。     

嵌入钢壳的共形微带天线设计

针对安装空间受限且需要与安装壳体共形的需求,设计了一种工作于2.4 GHz频段的圆环形微带贴片天线.利用Ansoft HFSS软件建立了天线及其安装壳体的模型,通过仿真分析确定了天线的外形尺寸以及加载电阻的阻值.仿真结果表明:辐射贴片的外形尺寸与天线的谐振频率密切相关,尺寸增大会使谐振频率明显下降;增大加载电阻的阻值可有效降低天线的谐振频率;嵌入钢壳后天线的谐振频率提高了4.2%.利用矢量网络分析仪对天线嵌入钢壳后的特性进行了实测,测试结果与仿真结果吻合良好.     

不同形状微带贴片天线性能比较

介绍了一种可应用于C波段的耦合微带贴片天线.微带贴片天线的辐射贴片形状多种多样并且对天线的各项性能具有重要影响.通过改变辐射贴片形状,设计等面积正六边形、三角形、圆形3种常规贴片天线并分析比较了贴片形状对于天线性能的影响.所设计的天线采用叠层结构和微带线耦合馈电,使得天线的性能有明显的改善.采用基于有限积分法的CST Microwave Studio电磁仿真环境分析不同贴片形状天线的性能,比较了中心频率、回波损耗、带宽及相对带宽、增益和方向性系数等参数.通过仿真,3种贴片天线都存在带宽较窄的问题,这是由于微带天线本身高Q值的特点导致的.相对于其他两种贴片,正六边形微带贴片天线的带宽最宽,辐射性能最佳.     

一种小型化宽带高增益Metamaterial贴片天线

利用Metamaterial概念,通过在天线贴片和接地面上分别蚀刻周期互补开裂环和条形缝隙图案,设计制作了一种小型化宽带高增益贴片天线．相比初始天线,新天线谐振中心频率降低了36.4%,带宽从2.9%扩展到39.9%,并且有低的电压驻波比．实验结果与仿真结果有较好的一致性．同时由于Metamaterial结构的左手特性影响了天线介质基底的等效媒质参数,这导致天线辐射场主要集中在水平方向而不是传统贴片天线的垂直方向．     

基于左手材料的微带贴片天线

为实现微带天线的小型化,提出了一种基于左手材料的微带贴片天线。该天线在普通贴片天线底板上加载左手结构,利用左手材料的相位补偿特性,突破了传统微带天线的半波长限制,实现了微带天线的小型化设计。利用电磁仿真和实验分析了天线的性能,实验结果表明,加载左手材料结构的微带贴片天线的电性能优于传统贴片天线,且尺寸仅为传统天线的67.5%。     

基于BP神经网络矩形微带天线谐振频率预测

谐振频率是微带天线的重要技术指标,建立合适的数学模型以获得微带天线精确的谐振频率,在微带天线的设计中至关重要,通过BP神经网络建模的方法对天线谐振频率进行预测.以一款谐振频率为2.4 GHz的矩形微带天线为分析算例,通过HFSS软件的仿真计算,获取了大量的天线样本,在此基础上建立了矩形微带天线的BP神经网络模型,并预测出不同结构参数下5个矩形微带天线的谐振频率.再将这5个天线的结构参数输入HFSS软件,用HFSS软件对这些天线进行仿真得到其谐振频率,比较结果证明采用BP神经网模型预测得到的天线谐振频率与HFSS仿真结果间误差很小,说明神经网络预测得到的天线谐振频率有效,本文的设计方法可行,效果良好.     

基于零折射率超材料的新型匹配高增益贴片天线

针对基于零折射率超材料的矩形贴片天线的快速设计,提出了应用微遗传算法的自动优化方案,建立了利用Visual Basic语言编程调用时域有限差分方法对该天线的参数进行自动优化的计算机仿真程序,并成功计算出了优化的参数数据.采用优化数据加工制作了天线实物并进行了测量,仿真和实测结果吻合良好,零折射率材料对矩形贴片天线增益提升超过10 dB,实现了最高16.2 dBi的增益,并且在11.7 GHz到12.6 GHz的频带范围内阻抗匹配良好,证明了该方案的有效性和可靠性.     

一种新型小型圆极化GPS微带天线的设计与实现

设计制作了一种新颖的宽带EBG(Electromagnetic Bandgap)结构小型圆极化GPS微带贴片天线单元．采用Koch矩形分形设计圆极化GPS微带贴片天线和特定尺寸的EBG结构,一方面有效减小了天线单元的尺寸,另一方面有效抑制其工作时产生的表面波,改善了其工作性能．仿真和实测结果表明,相对于普通矩形结构的微带贴片天线单元,该分形天线单元尺寸减小了约27％.同时,采用EBG结构使工作频率上的 3dB轴比带宽增加了约30％,增益增加约 0.2dB．     

应用于卫星导航系统的微带天线设计

该文主要设计一款单馈电的小型圆极化微带天线。通过对天线圆形贴片对称开槽,以及对贴片的边进行切角处理和在中心处开孔等方式,天线获得良好的圆极化性能并实现小型化。该文利用电磁仿真软件HFSS对天线进行优化设计,并进行了相应的实物制作和测试。实验结果表明：该天线工作中心频率为2.49GHz,天线-20dB回波损耗带宽70MHz,圆极化3dB轴比带宽为30MHz,天线增益3.4dB,天线可应用于中国北斗卫星定位接收系统。     

GPS双频圆极化微带天线的设计

设计了一种新型测量型GPS微带天线.这种天线采用双层贴片结构的形式,上下两层贴片均采用了均匀分布的四馈点馈电方案,在要求的带宽内满足双频(L1/L2)圆极化特性的同时实现了小型化.采用对天线贴片切角和添加短截线的综合方法,有效地提高了天线的辐射效率.利用HFSS软件对天线模拟仿真与优化,并进行实物加工.模拟结果表明,在...     

可展宽频带的小型化微带天线设计

该文设计了一款可展宽频带的微带贴片天线。通过贴片切角改变电流路径展宽频带,贴片中心切去“梅花”增加电流路径来减小贴片尺寸。采用基于有限元算法的高频电磁仿真软件对该天线进行了仿真,仿真结果显示其阻抗带宽达到15％,满足现代许多无线电通信的要求。测量结果验证了该方法的可行性和正确性。     

一种高增益扇形微带贴片天线的设计

贴片形状是影响微带贴片天线性能的主要因素,通过仿真设计了一种高增益扇形微带贴片天线。扇形微带贴片天线采用同轴馈电方式,通过有限元法对扇形微带贴片天线在不同参数下的性能进行对比研究。仿真结果表明:扇形微带贴片天线的谐振频率、回波损耗等性能参数符合设计要求,天线的回波损耗小于-10d B。通过对比扇形微带贴片天线在不同尺寸下得到的天线增益,可以得出结论扇形微带贴片天线最高增益为9.17d B,比普通微带贴片天线的增益高了约4d B。     

具覆盖层微带贴片天线的时域有限差分法分析

采用时域有限差分法模拟了具有覆盖层微带贴片天线的瞬态特性 ,为实现含多种介质复杂结构天线的分析应用理想匹配层吸收边界条件和网格共形技术模拟同轴线的馈电 ,求解出与实验结果有极好的吻合的谐振频率 ,并进一步求解辐射方向图 ,讨论了不同介质覆盖和空气隙对微带贴片天线谐振频率和辐射特性的影响 .     

表面开十字形辐射槽的新型GNSS贴片天线的研究和应用

研究了一种表面开十字形辐射槽的新型贴片天线,并与同频率的一般贴片天线做性能对比,研究结果表明,此类新型贴片天线具有频带宽和形状小的突出优点.将其应用于一种精确测量型的GNSS双频天线设计,充分展宽了天线的阻抗带宽和轴比带宽,设计的天线可以接收全频段GNSS导航系统信号.采用HFSS软件仿真的结果显示,它的阻抗带宽、轴比带宽、增益和相位中心稳定性等性能参数都较好,并且表现出良好的圆极化性能和小型化效果,尤其适合于手持式精确导航终端,具有良好的应用前景.     

波束可重构天线的研究与设计

提出了一款工作于2.45 GHz且结构简单的波束可重构天线阵列,实现5种模式的波束可重构的功能。天线单元在微带贴片天线的基础上,通过两侧加载变容二极管连接寄生贴片组成,利用不同的外加偏压改变电容值,使辐射贴片和寄生贴片之间构成一定的相位差来实现波束可重构。通过控制4个变容二极管天线阵可以实现5种模式的辐射波束。作者对天线进行仿真、优化、制作和测试,实验结果表明：5种模式中,阻抗带宽最大可达3.5%,最大增益可达10 dBi,最大偏转角度27°,半功率波束带宽最宽可达120°。该天线在2.45 GHz 5种模式都能正常工作,适用于抗干扰能力要求较高的无线通信系统。     

丝网印刷柔性薄膜天线力电性能表征

为降低天线结构重量、提高天线与结构一体化效率,制备了一种可卷曲且易与结构共形的柔性薄膜天线.基于天线基本理论和丝网印刷工艺技术设计并制备了薄膜微带准八木天线.将薄膜天线辐射层看作颗粒增强复合材料,利用Mori-Tanaka复合材料细观力学方法预测其有效弹性模量,与拉伸叠加法结果吻合良好.基于内聚力模型,利用ABAQUS有限元分析软件模拟了薄膜天线基体/辐射层在90°剥离条件下的界面剥离过程,揭示了天线基体与辐射层之间界面破坏机理,得到薄膜基体/辐射层的界面剥离强度,通过90°剥离实验验证了内聚力模型的有效性.有限元得到的剥离强度为64N/m,与实测值误差为8.11%,吻合良好.最后,仿真和实验研究了柔性薄膜天线的反射系数和辐射方向图性能,仿真得到的薄膜天线谐振频率为3.02GHz,与实验谐振频率误差为2.37%,且在谐振频率处阻抗匹配良好.结果表明:本文设计制备的柔性薄膜天线具有良好的力学和电磁性能,在航空航天轻量化结构中有广泛的应用前景.     

一种同步卫星C波段微带天线的设计分析

针对同步卫星C波段的频带要求,设计了一种微带二元阵列天线。天线采用矩形辐射贴片,双点馈圆极化的两元等幅同相、相距为0.75倍波长的直线阵结构。利用电磁仿真软件Ansoft HFSS进行仿真及优化,得到天线法相增益≥9.5dBic,扇面正前方波束宽度±16°增益≥6.5dBic,扇面仰角30°波束宽度±16°增益≥0dBic,且天线各个频点下的前后比≥10dB等天线性能参数所对应的结构参数。加工成实物并利用微波暗室进行测试,测试结果与Ansoft HFSS仿真结果基本相符。     

Ku波段宽频带高增益微带天线阵设计

微带天线的窄频特性是限制它广泛应用的原因之一.为增大微带天线的阻抗带宽,综合运用了缝隙耦合的馈电方式、双层贴片结构,在叠层贴片间引入空气层等技术,设计了一种适用于Ku波段的宽频带天线单元,并由该单元组成了十六元微带天线阵以获得高增益阵列,最后制作了实验模型.测量结果表明与仿真结果一致.     

多功能可调谐超宽带陷波天线设计与实现

超宽带陷波天线能有效避免与现有无线信号的干扰,可满足现代无线通信天线小型化、宽频带以及多服务的要求,在宽带物联接入及移动通信领域内具有良好的实用性和广阔的应用前景。文章概述了超宽带陷波天线结构与工作原理,利用全波仿真软件HFSS进行设计并实现其超宽带特性、陷波特性、可调谐功能,通过矢量网络分析仪对微带天线实物进行测试,并与仿真数据相比较。结果表明:所设计的天线在3.1～10.6 GHz内回波损耗-10 dB,电压驻波比基本2,发射效率50%;利用矩形环贴片结构实现宽频带特性,在矩形环内引入寄生谐振单元抑制特定频段天线的辐射特性,改变寄生谐振单元的尺寸,可实现特定频段内的陷波特性。