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(多图) 用于无线传感器节点的小型双频段射频能量接收天线设计

徐雷钧?? 杨晓东?? 白雪?? 赵不贿?? 江苏大学电气信息工程学院?? 2014年11月10日 ?? 收藏0

2 参数设计与优化分析

为了进一步探索天线的各个几何参数对天线回波损耗的影响,得到适合GSM 1900 MHz和ISM 2.4 GHz频段的工作特性,使用ADS 全波电磁场仿真工具对天线进行参数分析和优化。天线的各物理尺寸参数如图2 所示。

通过初步的仿真,天线的回波损耗对两个矩形缝隙的长度L1、L2和宽度W3、W4的变化比较敏感,因此选取以上4 个参数对它们进行参数分析。每个参数选取一个初始值,当一个参数变化时,其他参数保持不变。各参数的初始值如表1 所示。

图2 缝隙天线的设计参数示意
图2 缝隙天线的设计参数示意

图3 给出了小缝隙长度L1对天线回波损耗的影响,L1尺寸选取从22.9 mm处以1 mm增加,其他主要参数保持不变,仿真结果可以发现在低频段处L1越大,谐振点右移,当L1 = 23.9 mm时,回波损耗最小; 在高频段处随着L1增大,谐振频率点左移,回波损耗减小但带宽也随之减小。

图4 给出了大缝隙长度L2对天线回波损耗的影响,L2从41.6 mm处以每1 mm增加,其他各参数保持不变。从图中可以看出在低频段处L2越小,回波损耗越大,带宽也相应的增加。谐振点基本维持不变; 在高频段处L2越大,谐振点向左移动,回波损耗越小,天线阻抗越来越不匹配。

图5 给出了小缝隙宽度W3对天线回波损耗的影响,W3的大小从10.6 mm处以每1 mm增加,其他各参数保持不变。仿真结果显示W3对低频段的影响几乎很小; 在高频段处当W3增大时,谐振频率左移,回波损耗和带宽维持不变。

图6 为大缝隙宽度W4对天线回波损耗的影响,W4尺寸从14.1 mm处以每1 mm增加,其他各参数均保持不变。从图中可以看出低频段处W4越大,谐振频率略向右移,回波损耗越来越大,天线的匹配越好,带宽也相应的增大。在高频段处规律同低频段一样。通过仿真结果发现,调节缝隙的尺寸可以改变两个谐振频率的距离。再根据对频段的设计要求最后选定的缝隙尺寸的大小分别为L1 = 23.9 mm,L2 = 41.6 mm,W3 =12. 6 mm,W4 = 18.1 mm。最终得到了最佳的天线尺寸参数,如表2 所示。

缝隙天线结构原理

图3 谐振频率随L1变化
图3 谐振频率随L1变化

图4 谐振频率随L2变化
图4 谐振频率随L2变化

图5 谐振频率随W3变化
图5 谐振频率随W3变化

图6 谐振频率随W4变化
图6 谐振频率随W4变化


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能量收集? 双频? 微带天线? 缝隙结构?

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