你在圓極化天線設(shè)計中遇到的問題和解決方案

首先post上本人的一些實際問題  
 
最近在做一個圓極化寬頻帶的天線,用于RFID reader.　由于這個設(shè)計是偏應(yīng)用的，所以沒有太多要求，工作頻帶(應(yīng)該是vswr bandwidth吧)盡量寬就好．　  
 
我在設(shè)計時參考了一些經(jīng)典天線設(shè)計的書籍,比如 broadband microstrip antennas, 于是用了一個比較簡單的結(jié)構(gòu)：方形貼片對角線上兩角切掉三角形，然后利用單點(diǎn)同軸線饋電．雖然沒有進(jìn)行精確計算，但是利用軟件和前人的經(jīng)驗，得到了切角的尺寸和饋電點(diǎn)的大概數(shù)據(jù)．隨后進(jìn)行了sonnet 仿真并迅速交付生產(chǎn)．仿真和測試結(jié)果＂本來＂令人滿意，vswr bandwidth 有40-50 MHZ，基于915 MHZ的中心頻率已為不錯,并且利用network analyzer得到的Smith Chart（圖1，隨后附上），基本上與書中一致．  
到此時還抱有很高希望，沒想到進(jìn)行 標(biāo)簽陣列 測試 的時候問題來了．  
 
我們自己做了一個9*9的tag array。我的測試方法是，先測一個方向，然后rotate90度，可是只有一個方向能讀出81個tag．輸出功率已經(jīng)設(shè)置到最大了，掃描時間３秒也是較長了．覺得應(yīng)該是設(shè)計上出了問題－－圓極化不好．后來看了書,意識到很可能AR bandwidth是最重要的,甚至說唯一決定圓極化的參數(shù).可是即便跟sonnet的技術(shù)員交談過,還是不能得到滿意的AR 圖.  
 
匯總下問題:  
1. 在仿真圓極化的過程中,哪些參數(shù)最重要？我本人關(guān)注了vswr bandwidth, 就是S11低于-10dB的頻帶寬度。還有最好match的點(diǎn)的頻率。在我的測試中，這兩點(diǎn)都令人滿意。所以根據(jù)結(jié)果判斷，一定是有些參數(shù)忽視了，比如AR bandwidth？  
2. 關(guān)系到仿真軟件的問題，sonnet中怎么看axial ratio？我得到了幾個plot，不過相比較參考書，感覺不像。    
3. 在確定了介質(zhì)板的厚度，材質(zhì)后，如何提高頻帶寬度。我看到有地方說，“The BW of the antenna is limited by its AR and not by its VSWR.” 求探討。  
4. 在實際測試過程中，比如network analyzer，如何看定性或定量的看圓極化呢？ 
 
因為是實際測試的一些心得，非常詳細(xì)，煩請大家在此抒發(fā)己見，并予以指導(dǎo)。也希望能夠引起同行們的一些注意，不要在我犯的錯誤上再犯。如果我的問題太過簡單根本無法引起注意，也請略有耐心，一笑而過即是。  
 

網(wǎng)友回復(fù):

這個是參考書上較好CP的史密斯圓圖，我從里面讀出了三個信息。也許有很多，但是我指的是圓極化設(shè)計中的重要信息：匹配點(diǎn)，VSWR 帶寬和圓極化。 
前兩者是非常清晰的，在哪個頻率點(diǎn)的所有信息一目了然。圓極化的情況 只是一個大概的，定性的，很好的AR是這樣的“3’型，次一點(diǎn)的情況是small loop。loop的大小越大，也許是越不好吧。援引書上的話， 
 
"Another way to recognize whether the given dimensions are optimum for the best AR is to look at the impedance plot of the antenna. If there is a kink (extremely small loop) in the impedance plot corresponding to the excitation of the two orthogonal modes, it will yield the best AR at the kink frequency. Instead of a kink, a small loop or the absence of the loop in the impedance plot yields poor AR. 
 
 
諸位有何感想與補(bǔ)充，如有錯誤，請不吝指正 

網(wǎng)友回復(fù):

再upload我用sonnet得到的遠(yuǎn)場參數(shù)圖，截圖中有三個曲線，貌似離更理想、直接的AR bandwidth圖有差距。

網(wǎng)友回復(fù):

另外的radiation pattern圖，我表示略乏力，請指教。

網(wǎng)友回復(fù):

Okay， 關(guān)于一樓的 史密斯圓圖能否定性看出圓極化的問題 基本上得以解決，后面我會在11樓總結(jié)。 

網(wǎng)友回復(fù):

先說我認(rèn)為可行的解決方案吧，既然你是array，那就好辦。 
就算是線極化的單元，只要array設(shè)計為圓極化的，那么最后就是圓極化的。 
你可以在array單元的相位上做一點(diǎn)改變，應(yīng)該能提高你總體的AR，而且?guī)�寬會有改善。通常array做圓極化的主要局限是饋電網(wǎng)絡(luò)造成的相位差。就算有這個相位差，array的帶寬一般也有20%左右，能滿足你的基本需求。 
4單元的如下所示 

圖片:CP.JPG

 

網(wǎng)友回復(fù):

圓極化，肯定就是要求軸比達(dá)到一定程度啊。AR。。AR每個方向也都不一樣的嘛，比如說你的天線側(cè)射方向AR可以，rotate90deg,端射方向AR未必OK。。

網(wǎng)友回復(fù):

普通的切角實現(xiàn)的圓極化帶寬是遠(yuǎn)小于軸比帶寬的，要想實現(xiàn)寬帶圓極化，可以使用功分器進(jìn)行饋電，圓極化帶寬會很寬

網(wǎng)友回復(fù):

首先感謝大�；貜�(fù). 
很抱歉,貌似是我的表達(dá)有歧義,因為我的設(shè)計僅僅是一個單一patch.我說的array是標(biāo)簽陣列.9*9的,置于一定的距離,然后進(jìn)行read測試.由一個軟件控制天線發(fā)射的功率和掃描時間,然后在軟件端看讀出的標(biāo)簽個數(shù). 
這種方法私認(rèn)為可以粗略評估天線的圓極化:先把天線置在一個角度,然后旋轉(zhuǎn)90度再測.我得到的結(jié)果是,一個方向總是讀出81個,另外一個就不好了,始終是70-80個的樣子. 
個人理解就是圓極化的問題,量化的說,就是AR bandwidth不夠?qū)? 
所以,基于我的設(shè)計,肯定是天線的一些參數(shù)沒有調(diào)好,如何增大AR 帶寬呢？

網(wǎng)友回復(fù):

沒錯,實際中3dB是可以接受的.援引書上的圖,即所謂的AR bandwidth 
雖然我的測試已經(jīng)足以令我滿意,可是老板用買來的圓極化天線做同樣測試,得到的就是81和81.很明顯,我們的不盡如人意阿,如何改善呢,或者說在仿真階段應(yīng)該怎么看AR bandwidth呢？ 

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