無線射頻讀寫器天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11緒論1.1天線的發(fā)展歷史英國物理學(xué)家麥克斯韋預(yù)言電磁波的存在，1887年德國物理學(xué)家赫茲為了驗(yàn)證電磁波的存在設(shè)計(jì)了第一個(gè)天線。1891年意大利科學(xué)家馬可尼制作了可以在數(shù)百米內(nèi)通信的天線，真正實(shí)現(xiàn)天線的無線信號(hào)傳輸，天線開始走出實(shí)驗(yàn)室，之后在他主導(dǎo)下架設(shè)了橫跨大西洋的遠(yuǎn)距離天線通信[1]。這時(shí)天線的雛形開始出現(xiàn)。這一時(shí)期由于天線的工作頻率不是很高，而且在地面的衰減又很大，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，往往天線的尺

2、寸做的都是很大，幾米至上百米。后來人們發(fā)現(xiàn)短波在地面衰減比較小可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，同時(shí)肯內(nèi)里和亥維賽發(fā)現(xiàn)電離層對(duì)短波的反射可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，開辟了天線的短波通信領(lǐng)域。這時(shí)的天線的種類開始增多，偶極天線、八木天線等經(jīng)典天線出現(xiàn)，并且天線的增益、帶寬等性能大大提高。這時(shí)天線已經(jīng)能廣泛應(yīng)用于廣播通信，航海通信。再后來出現(xiàn)了面天線，特別在二戰(zhàn)時(shí)期雷達(dá)的出現(xiàn)，大大促進(jìn)微波技術(shù)和天線的發(fā)展，利用微波的反射、折射、投射和聚焦等，進(jìn)一步極大提高天線的

3、增益。利用雷達(dá)天線可以精準(zhǔn)的鎖定目標(biāo)的位置。二戰(zhàn)之后，各國科研都向太空進(jìn)軍，出現(xiàn)人造地球衛(wèi)星，其中在衛(wèi)星通信方面的天線增益可以高達(dá)幾十萬倍，電磁波向毫米波、亞毫米波甚至光波方向發(fā)展。上世紀(jì)六十年代計(jì)算機(jī)問世后，由計(jì)算機(jī)編程控制的天線陣出現(xiàn)并開始發(fā)展。近代天線的尺寸成為天線發(fā)展的難題，近幾十年出現(xiàn)的微帶天線成為天線研究的新領(lǐng)域，天線的尺寸縮小到厘米級(jí)，出現(xiàn)了各種各樣的手持無線設(shè)備、讀寫器等[2]。1.2天線的分類和用途天線按其工作波長主要

4、分為：長波天線、中波天線，短波天線、超短波天線和微波天線[3]。主要依據(jù)其工作頻率的劃分。本論文設(shè)計(jì)的天線通信頻率在433MHz左右，屬于微波波段，設(shè)計(jì)的天線屬于微波天線。選擇在433MHz頻段是因?yàn)樵谶@個(gè)頻段我國是免申請(qǐng)的，可以直接使用。天線按其工作性質(zhì)可以分為發(fā)射天線和接收天線。發(fā)射天線就是能把傳輸線上的信號(hào)能量轉(zhuǎn)換成電磁波輻射到自由空間的天線，比如像廣播電視臺(tái)的發(fā)射電視信號(hào)的發(fā)射塔：接收天線就是能接收空間電磁波并把它變成電信號(hào)的天

5、線，比如像家用電視的信號(hào)天線就是接收電視臺(tái)的電磁波信號(hào)。在通常情況下，發(fā)射天線可以做接收天線，接收天線也可以做發(fā)射天線，同一天線作為發(fā)射或接收的基本電參數(shù)是一樣的，這就是天線的互易定律。本文設(shè)計(jì)的讀寫器天線主要是作為接收天線使用，但發(fā)射天線采用的是無源工作方式，所以發(fā)射天線的能量還要來自讀寫器天線輻射的電磁波能量。通常最常見的天線是按其工作原理和結(jié)構(gòu)形式分類，主要分為線天線和面天線。線天線是指天線是由線狀的金屬棒或金屬空腔組成。常見的有

6、單極子天線，雙極子偶天線，八木天線等。單極子天線長度一般是工作波長的二分之一或四分之一，是目前應(yīng)用最廣青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3是給發(fā)射裝置輻射足夠的電磁波能量，保證其正常工作。因?yàn)樘炀€是互易的，不僅可以接收電磁波也可以發(fā)射電磁波。1.4HFSS簡介本論文設(shè)計(jì)天線主要用到的軟件是HFSS—HighFrequencyStructureSimulat，是由Ansoft公司推出的三維結(jié)構(gòu)電磁仿真軟件。HFSS提供了簡潔直觀的設(shè)計(jì)窗口，