一種緊湊Z字型全向水平極化電子鎖天線

摘 要：本文提出了一種工作于433.92MHz的緊湊Z字型全向水平極化電子鎖天線，旨在通過改善汽車電子鎖的天線性能來增大其有效遙控距離，實現更大范圍的監控。同時結合天線的基本理論對該結構進行分析，使用高頻仿真軟件HFSS進行仿真，并加工出實物，然后測試，實測結果與仿真結果吻合。該天線結構簡單、成本低廉，相比于傳統的導線天線，有更遠的輻射或接收距離。

關鍵詞：UHF頻段；水平極化；全向天線；汽車防盜

隨著汽車越來越多地進入普通家庭，車輛的安全與防盜問題得到更加重視，增大車輛電子鎖的有效監控距離不失為一種有效的方法。提高電子鎖天線的功率和改善電子鎖天線的輻射方向圖均可實現此目標，但前者會產生較高功率的電磁輻射，污染環境，而后者則在保證小功率不變的前提下，利用圓度良好的輻射方向圖，實現更廣范圍的輻射或接收，因此選用性能合適的電子鎖天線更為有效。在無線通信領域中水平全向天線發揮著重要的作用，它指的是一種在水平方位面內360o均勻輻射或接收的天線，適合于汽車的遠程監控和防盜領域。傳統電子鎖天線，多是垂直極化天線，從遠處發射出的水平或垂直極化信號，一般要經過多徑傳播，多徑效應使得信號的極化發生旋轉，最終到達垂直極化的移動終端時，由于部分信號極化失配，能量衰減[1]。據研究，發射端和接收端都采用水平極化天線的系統比發射端和接收端都采用垂直極化天線的系統可以多獲得平均10dB的功率[2]。由此當電子鎖車載端天線與遙控端天線均為水平極化時，在方位面的有效監控距離最遠。遙控端可由用戶自由控制實現水平極化，車載端固定于車輛上，極化不易改變，根據以上分析，本文分析設計了一種用于車載端的全向水平極化天線，工作于433.92MHz（常見的UHF-RFID頻段），該天線呈彎折Z字型，結構緊湊，被印刻在雙面覆銅的FR-4微波介質基板上，介電常數

1 分析與設計

為了實現水平極化，可采用環天線結構。按其電尺寸大小可分為電小環和電大環天線，二者各有優缺點，電小環天線因其輻射電阻較小而電抗較大，不易與常見的50歐姆饋電系統匹配，但其環長較短，環上電流分布較均勻，方位面易形成全向均勻輻射；電大環天線的輻射阻抗與電抗適合與饋電系統匹配，但環長較長，環上電流分布可能不均勻，影響全向輻射的圓度[3]。

基于以上論述，本文設計了一款天線，該天線在滿足饋電匹配的情況下，同時實現水平極化、方位面全向均勻輻射的要求。圖1（a）為俯視圖的頂面，圖1（b）為俯視圖的底面，圖2為側視圖。

頂面和底面各是一個Z字型金屬帶，兩金屬帶的平行邊各彎三折，兩斜臂平行，饋電方式為50歐姆SMA接頭背饋。由于結構具有對稱性，所以上下兩個Z字型金屬帶斜臂上電流分布幅度相同，相位差180o，因兩金屬帶的距離遠小于天線的工作波長，兩電流可相互抵消[4]，每一條金屬帶上的每個彎折上的電流相位亦相差180o，亦相互抵消，均不參與天線的輻射。天線可看作由上下兩金屬帶外輪廓構成的環電流進行輻射。經過高頻仿真軟件HFSS的精準仿真，對天線各個參數合理的調節與優化，得到滿足要求的天線參數，見表1：

表1 模型參數

天線的輻射方向圖（單位dB），包括E面主極化和H面主極化，如圖3，方位面（E面）的最大增益約2.4dBi。天線的電流幅度均勻性良好，如圖4。

2 實物與測試

使用樂普科微波刻板機加工出實物，如圖5；使用Agilent N5227A矢量網絡分析儀測試其諧振頻率，并與仿真結果比較，如圖6，在433.92MHz時，S11均小于-10dB，滿足指標要求。

在微波暗室內測試其輻射方向圖（單位dB），結果如圖7，并與圖3比較，整體趨勢一致，與仿真結果基本吻合。

其次在室外空曠的地方測試，通過50歐姆同軸線纜將電子鎖電路的天線接口與本天線相連接，安裝時需要平放，以保證其極化方式為水平極化。以電子鎖天線處為圓心，水平手持發射開關（環形天線），在距離圓心200米處，沿著圓環測試一周，在沒有障礙物的條件下，電子鎖芯片均可正常工作。

3 結論

本文設計了一種緊湊Z字型全向水平極化的電子鎖天線，通過軟件仿真和實物測試，達到了UHF頻段全向水平極化的設計要求，通過合理的天線參數的選擇，解決了環形天線較難匹配的問題，對于天線的匹配帶寬的展寬，仍然需要進一步的研究。

[參考文獻]

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[3]Constantine A.Balanis.ANTENNA THEORY Analysis and Design[M].John Wiley Sons，Inc.，231-232.

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