蝶形标签天线传感器的结构设计案例
目录
蝶形标签天线传感器的结构设计案例1
1.1标签微带天线小型化技术1
1.2蝶形标签天线传感器的小型化结构设计3
1.3蝶形标签天线性能仿真分8
1.4蝶形标签天线传感器感应性能分9
由于标签天线变形传感器的尺寸受到工作频率的限制，标签天线受到UHF
频率区间工作频率范围的限制，因此标签天线补丁传感器的尺寸基本固定，标签
天线变形传感器的监测目标的范围很广需要适应很多不同的环境和不同的复杂
位置，所以不能因为传感器自身的原因影响了整个监测的状态，需要研究一个尺
寸更合适能安装在关键部位的传感器。接着关因此，为了适应更多的模具监视对
象的结构大小，有必要将贴纸天线变形传感器小型化。于标签天线小型化的计划
就有必要实施，本章研究了标签天线变形传感器的小型化设计，提出了小型化结
构的标签天线变形传感器，并进行天线感应性能仿真以及数据分。
1.1标签微带天线小型化技术
天线的尺寸和性能与天线的尺寸拥有着密切的联系，天线的尺寸主要不取决
于制造技术(如电子芯片等)，而是取决于物理定律。当天线谐振且尺寸与波长
相等时，可以获得量好的天线性能，小型化天线的研究与开发具有着相当重要的
意义。
完成贴片天线小型化的方式主要是通过如下三种方法:
(1)增加介质基板的介电常数
由天线应变传感器谐振频率公式：
c
fr牝(4-1)
2L扁
公式4-1中，在保持谐振频率的情况下，标签天线传感器的尺寸随着介质基
板的介电常数的增长而减小。但本章小型化不采用此理论基础，因为高介电常数
代表着高生产成本，并且高介电常数的介质基板在强的表面波的影响下能量损耗
大使得辐射增益低。
(2)加载技术
因为矩形微裂纹天线是半波长的结构，所以微带天线的两端开路，它们之间
的电流形成驻波结构。如果形成短路的到其中一个开路端的驻波结构，并且接线
天线是大约四分之一波长的结构，其大小可以减小到大约一半，并且可以形成可
以使天线小型化的驻波结构。但是因为H面的交叉极化电平高，对微带贴片天
线的增益会有影响。
(3)贴片曲流开槽技术
贴片曲流开槽技术是一种通过改变天线贴片的形状、尺寸来使得其表面电流
根据贴片特定结构流动，这样可以让天线的等效长度不用在受到物理长度的限制,
最终使前者大于后者。
但是因为接地板开槽的后果就是会导致品质因子Q降低，进阶地导致应变
传感器灵敏度降低。总的来说根据上述公式(4-1),在公式中也可以得出在天线
L有效长度不断增大可以把天线的谐振频率降低，可以达到小型化的目的。特殊
形状
通过将贴片改变其形状变成特定设计的特殊形状等方法，在天线几何尺寸保
持一定的同时又可以增加天线的辐射电流路径，这使得工作时天线频率降低，可
以达到天线尺寸小型化的目的。
例如，图1.1与图1.2显示了使用高频电磁仿真软件获得的两个天线的表面
电流矢量分布。其中，图1.1为H槽贴片天线的表面电流矢量分布，底部为特殊
形状辐射贴片天线的电流矢量分布，底部矩形贴片为微带馈线。在对高频电磁场
进行建模和仿真的过程中，我们将两个天线的所有其他值设置为相同。唯一的区
别是两个曲面片的形状不同。天线的两侧剪下一个三角形，形成一个特殊形状的
辐射贴片天线。
图1.1H槽馈电结构的表面电流流经分布图
图1.2特殊形状辐射贴片表面电流流经分布图
通过对比我们发现，采用特殊形状的辐射贴片后，电流的辐射路径增加，因
此天线的工作频率降低。因此，通过采用特殊形状的天线，可以有效的降低天线
的工作频率，实现天线的小型化。
1.2蝶形标签天线传感器的小型化结构设计
本章将会根据标签天线传感器阻抗匹配的局限性，提