关键字 |
| WSN天线,天线,天线设计,PCBantenna |
介绍 |
| 天线是一种wirelesscommunication系统的关键组成部分。天线的主要目的是对于电子信号到射频电磁波。对电磁波在自由空间传播(传播模式),转换成电信号(接收模式)。特有的天线基本上是一个空气coreinductor定波长。交流电流通过aninductor或导体滞后电压约90度¼波长的最大功率是交付。如果波长λλ/ 2偶极产生最大的权力在与小功率的天线theantenna的中心。其他类似的工作具有不同几何及应用的天线引用在文章[1,4]。 |
设计理论 |
| 有不同类型的天线outputpower更好,敏感性和天线增益。减少它的频率由2倍双打范围(视线)。降低theoperating insize也意味着天线频率会增加。选择radiodesign的工作频率时,可用板空间也必须适应theantenna。所以天线的选择,应该考虑可用的大小在设计的早期阶段。 |
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| 莫里茨·冯·雅可比的最大权力理论州thatmaximum权力转移当源resistanceequals负载电阻。对于复杂的阻抗,从输电线路的最高权力交付withimpedance Z0天线的阻抗Z一个重要信息,Z0正确地匹配到Z一个。如果一个信号发送withamplitude VIN的输电线路,那么只有分开的入射波将传送到天线if.Z0不正确地匹配到Z一个然后它是。 |
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| 复杂的反射系数(Γ)被定义为theratio反射波的振幅这起事故波的振幅。Γ可以从thetransmission线的阻抗计算天线的阻抗,shownin方程: |
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| 反射系数是零如果传输lineimpedance天线阻抗的共轭复数。因此,如果天线是完全匹配thetransmission线,所有的权力交付给theantenna应用。天线匹配通常使用两种;ReturnLoss和电压驻波比(电压驻波比)术语。电压驻波比的比率是最大输出(输入+Γ)到最小波形(输入-Γ)followingequation所示。这意味着一个特定的几何形状可以madeabout一半大小的需要补丁(感兴趣的领域)。Theinput阻抗水平有很多相同的依赖是出于所需的补丁。通过选择所需的位置获得尽可能好的匹配连接器和theVSWR带宽计算。可以看出thebandwidth变化如果有补丁的大小[2]的变化。 |
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| 反射波的功率比事件waveis称为回波损耗。这表明,通过反射波功率低于manydecibels事件wavereturn损失相同的端口。可以看出,一个非常goodimpedance匹配(| S11 |小于-20分贝)是实现eachdesired小型化[3]。 |
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| 天线设计,电压驻波比和回波损耗的措施withwhich我们可以找出好天线的功能。Themismatching天线的最大的因素之一thatreduce总射频链路预算。为了避免unnecessarymismatch损失,建议添加一个pi-matchingnetwork天线总是可以匹配。如果theantenna设计充分匹配,那么它只需要onezero欧姆电阻或直流块插入到π_matchingnetwork帽。有许多可供选择的天线选择的问题: |
| •天线位置 |
| •地面飞机¼波长天线 |
| •不受欢迎的磁场在PCB |
| •天线不匹配(电压驻波比) |
| •改变的对象或扰乱视线(LOS) |
| •天线增益特性 |
| •天线的带宽 |
| •天线辐射效率 |
提出了设计尺寸 |
| 有几种天线类型选择whiledeciding什么样的天线射频产品中使用。规模、成本和性能最重要的因素是keptin头脑的时候选择天线。三个大部分天线类型用于短程设备;PCBantennas,芯片天线和天线,所有他们自己的优点和缺点。在这里,我们专注于PCBantenna因为他们非常符合成本效益,易于implementand有更好的性能超过868 MHz。同时,小尺寸PCB天线在高频率可以设计阿斯皮尔的应用需求。 |
| 本文讨论的天线是许可freeworld宽频带2.4000 GHz - 2.4900 GHz乐队和所有标准子1 GHz频段。子1 GHzbands;通常有一个“低”子1 GHz的乐队和一个“高”子1 GHz的乐队。我们的抱负是为应用程序提供优秀的antennadesigns与阿曼定向辐射。 |
| 总面积由图1所示的天线和身体维度在每条天线在图中描述,总长度跟踪c / c = (270 + 55 x6 + 150 x6 + 145) = 1645毫升。轨道的宽度是20毫升及其传播区域is260x280 Ltips = 165毫升的长度(段D地带infig 2), PCB厚度31千,帽跟踪(段E)是273毫升,下面的电容轨道段是273毫升forthickness PCB 0.08毫米。这个组装可以维护thecapacitance约0,22 pf。材料用于PCB isFR-4环氧玻璃层压与哪个铜ofthickness 0.0032英寸±10%。该算法的目的是最大化网络生命通过最小化总传输能源使用节能路由传输数据包。该算法包括三个主要步骤。 |
| 后进行的设计计算proposedantenna我们到达图2,由16段。Thedimension细节创建这幅图像在几何仿真下表中给出softwareare absolutecoordinate系统。 |
仿真结果 |
| 作为我们的数据的结果,我们得到模拟天线图像类似于图3。这天线设计与加载偶极天线范畴效应。在这个天线馈电抵消,但它不是一个单极子天线的结构与大多数。它是基于线基地曲流的天线。为了减少垂直高度,我们应用了蜿蜒的形状作为加载。功率处理能力将由+ 60 dbm如图5所示。 |
| 这个图4显示了3 d模式的场强和倾向。这个图还显示了水平面有方向性,“八形状”模式是由于偶极结构。这表明f / b比优化但不是我们的重点。它显示了阻抗是35欧姆。co-polarize模式大约是-12分贝。整个天线因素是更好的其他尝试样本和模式这个图5显示了最大增益是1.6 dB高程平面的结果仿真工具基于解决妈妈。图6显示了全方位的模式获得了高程平面。H平面轴模式转变,是由于装载。 |
实现结果 |
| 在分析以上工作的结果我们制造相同的PCB贴片天线的无线传感器节点*,在实验室成功地将测试结果真实瓷砖领域很快连同所需的应用程序需要和沟通的规则。由于加载阻抗修改从73欧姆,活性太高,部分抑制天线,天线效率的因素是低。本规范采用阻抗匹配电路相匹配。这种天线的PCB布局图7所示,阻抗电路图8所示。的威尔士人capacitanceand电感可以选择按实际的PCB impedanceafter制造,需要获得。 |
结论和未来的工作 |
| 从上面的结果讨论,我们想状态,thePCB基地天线wirelesssensor更好的成本有效的解决方案为一个典型的应用程序节点。它显示了betterperformance比倒F天线[1] |
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表乍一看 |
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| 表1 |
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数据乍一看 |
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引用 |
- AnjumC。苍井空,m . Karaboikis g . Tsachtsiris诉Makios,“inverted-F天线的分析和设计印刷在2.4 ghz的ISM波段的PCMCIA卡,“IEEE天线和传播杂志,vol.44,不。2002年2月1 pp.37-43
- s . A·j . f . Zuercher j . r . Mosig和f . e . Gardiol“小微带贴片天线,一个方便的优化选项”,IEEE反式。天线Propag。,44卷,不。11日,pp.1521 -1528 1996
- 这个名字,、;罗斯韦尔,E.J.;迪亚兹,境;Fuchi k;Temme,。“使用Metamaterial-Inspired贴片天线的小型化技术”,天线和传播,IEEE交易,页:2175 - 2182卷:60岁的问题:2012年5月5日。
- 松岗,h;濑户,即;Sekiguchi t;吉田,h;Tsujimura, a;Namekata, M。“开发PC卡片使用平面天线的无线局域网在2.4/5 GHz乐队”,无线通信和网络会议,2005年IEEE,页:573 - 577卷。1卷:1、2005年3月13 - 17。
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