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(xiàn)更大范圍的監(jiān)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(tǒng)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(jiān)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(xiàn)此目標，但前者會產生較高功率的電磁輻射，污染環(huán)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(xiàn)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(fā)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(jiān)控和防盜領域。傳統(tǒng)電子鎖天線，多是垂直極化天線，從遠處發(fā)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(fā)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(fā)射端和接收端都采用水平極化天線的系統(tǒng)比發(fā)射端和接收端都采用垂直極化天線的系統(tǒng)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(jiān)控距離最遠。遙控端可由用戶自由控制實現(xiàn)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(xiàn)水平極化，可采用環(huán)天線結構。按其電尺寸大小可分為電小環(huán)和電大環(huán)天線，二者各有優(yōu)缺點，電小環(huán)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(tǒng)匹配，但其環(huán)長較短，環(huán)上電流分布較均勻，方位面易形成全向均勻輻射；電大環(huán)天線的輻射阻抗與電抗適合與饋電系統(tǒng)匹配，但環(huán)長較長，環(huán)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(xiàn)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(huán)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(jié)與優(yōu)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(fā)射開關（環(huán)形天線），在距離圓心200米處，沿著圓環(huán)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(huán)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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