線天線近場均勻磁場分布研究及應(yīng)用.pdf

1、近年來,隨著近場通信(Near-field communication,NFC)、近場射頻識別(Near-field radio frequency identification,近場RFID)、近場無線電能傳輸(Near-field wtreless power transmission,近場WPT)、近場成像(Near-field imaging)的發(fā)展,用于近場耦合的天線逐漸成為研究的熱點(diǎn),天線的近場特性也相應(yīng)地得到關(guān)注。

2、　　在近場WPT中,線圈天線需要產(chǎn)生均勻的近場磁場分布以同時(shí)為多個(gè)接收設(shè)備輸能。在近場RFID中,閱讀器天線需要產(chǎn)生大面積、均勻的近場磁場分布以保證大區(qū)域內(nèi)的標(biāo)簽識別率。本文針對近場WPT線圈天線和近場RFID閱讀器天線設(shè)計(jì)中如何產(chǎn)生均勻磁場分布這一技術(shù)難題開展了一系列的研究工作。圍繞著線天線近場均勻磁場分布,本文研究主要包含以下創(chuàng)新之處:
　　(1)本文提出通過改變線圈上電流強(qiáng)度分布來實(shí)現(xiàn)均勻磁場分布。針對傳統(tǒng)螺旋線圈磁場分布不

3、均勻的問題,本文將整個(gè)螺旋線圈分為串聯(lián)相接的內(nèi)部、中部和外部三部分,每部分由若干個(gè)相同的線圈并聯(lián)組成。利用并聯(lián)線圈的分流作用,調(diào)整每部分并聯(lián)線圈的數(shù)目,從而改變每部分的電流強(qiáng)度,最終實(shí)現(xiàn)了均勻的磁場分布。測試結(jié)果顯示,通過改變線圈電流強(qiáng)度可以實(shí)現(xiàn)均勻磁場分布,從而保證互感系數(shù)不隨著接收線圈位置偏移而波動。
　　(2)本文提出“交指形反向電流對”的概念,并利用其提高了近場UHF RFID閱讀器天線近場磁場分布的均勻度。針對傳統(tǒng)的“反

4、向電流對”天線識別區(qū)域內(nèi)存在“識別盲區(qū)”的問題,本文在原“反向電流對”之間增加一個(gè)新的電流構(gòu)成“交指形反向電流對”,通過合適地調(diào)整新引入電流的相位,提高了天線區(qū)域內(nèi)磁場分布的均勻度。本文分別使用折合偶極子、偶極子兩種線型天線單元實(shí)現(xiàn)了“交指形反向電流對”的概念。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,利用“交指形反向電流對”概念設(shè)計(jì)的近場UHF RFID閱讀器天線近場區(qū)域磁場分布比較均勻,識別區(qū)域內(nèi)的“識別盲區(qū)”被消除。
　　(3)本文提出利用八木天

5、線的近場特性來擴(kuò)大均勻磁場分布區(qū)域的方法。針對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)識別區(qū)域不夠大的難題,本文提出了一種新型的八木天線,利用其均勻的近場特性實(shí)現(xiàn)了大面積的均勻磁場分布。本文通過增加八木天線的引向器數(shù)目提高了天線的覆蓋面積,通過增加終端負(fù)載和終端反射器抑制了天線區(qū)域外的磁場泄露。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,本文提出的新型八木天線可以在較大面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)比較均勻的磁場分布,從而擴(kuò)大近場UHF RFID的識別區(qū)域。
　　(4)本文對串饋偶極子陣列天線的近場磁場分