在航空器、導(dǎo)彈等高速飛行器上，全球定位系統(tǒng)GPS是不可或缺的組件，它廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、測(cè)繪、監(jiān)測(cè)、授時(shí)、通信等多種領(lǐng)域。而在GPS系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中,天線成為必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。這些飛行器要求天線既不影響其空氣動(dòng)力性能，又不破壞其機(jī)械結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。所以，具有低剖面、易集成等突出性能優(yōu)點(diǎn)的共形天線陣在飛行器上得到廣泛應(yīng)用。

目前，對(duì)于錐面共形天線陣的研究報(bào)道非常多。提出了一種錐面共形天線陣的分析方法，研究了一種毫米波段錐面共形天線陣。對(duì)于上述錐面共形天線陣，工作頻率較高，尺寸上基本不受限制，相鄰單元的弧面間距大于或者接近天線工作頻率的半波長(zhǎng)。但是在天線尺寸受限的情況下，相鄰單元的弧面間距如果小于半波長(zhǎng)，單元間的耦合加劇，天線陣的電壓駐波比就會(huì)急劇惡化，輻射特性也會(huì)有劇烈的起伏，極不穩(wěn)定。所以在GPS頻段，天線尺寸受到共形體錐面表面積的限制，天線的小型化成為設(shè)計(jì)中的核心問(wèn)題。眾所周之，GPS天線是右旋圓極化天線，但是考慮到小型化的要求，為了滿足輻射特性，采用線極化天線可以減小3dB的損耗。所以本文設(shè)計(jì)出了一種采用線極化方式的小型化GPS錐面共形天線陣，在減小天線尺寸的同時(shí)提高了天線的性能。

2 ?設(shè)計(jì)要求

天線要求共形安裝在如圖1所示的錐臺(tái)上，錐臺(tái)上底面圓周長(zhǎng)約為0.26λ0（λ0為天線中心頻率的波長(zhǎng)），下底面圓周長(zhǎng)約為0.67λ0，錐臺(tái)母線長(zhǎng)H約為0.24λ0，工作頻率為f0=1.575GHz，天線輻射的H面方向圖要求全向。

經(jīng)分析，由于天線安裝面面積極小，天線陣只能采用2單元微帶共形結(jié)構(gòu)，陣元弧面間距僅為0.25λ0，遠(yuǎn)小于天線工作頻率的半波長(zhǎng)，陣元間耦合強(qiáng)烈，并且天線要求水平全向輻射，這使得天線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)小型化，保證中心頻率并穩(wěn)定天線輻射性能成為首要設(shè)計(jì)要求。

圖1 ?天線安裝錐臺(tái)示意圖

3 ?理論分析與設(shè)計(jì)

本文先利用一般微帶天線的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)天線單元，并對(duì)饋電方式進(jìn)行改進(jìn)，利用Ansoft HFSS軟件對(duì)天線單元進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大降低了天線陣的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

3.1 ?天線單元的分析與設(shè)計(jì)

在天線的設(shè)計(jì)中考慮到安裝平臺(tái)的尺寸限制，本文采用er=10.2的高介電常數(shù)柔性介質(zhì)基片，介質(zhì)厚度為h=0.6mm，矩形微帶天線的尺寸公式為[5]：

（1）

（2）

式中f0為天線工作的中心頻率，c為光速(3×108m/s) 。而al為微帶傳輸線的等效伸長(zhǎng)量，可由下式求得:

（3）

er為介質(zhì)基片的有效介電常數(shù)，由邊緣效應(yīng)決定，可由下式求得:

（4）

圖2 ?天線單元結(jié)構(gòu)示意圖 考慮到天線需要共形在錐面上，饋線如果太細(xì)，那么在實(shí)際加工及調(diào)試過(guò)程中就會(huì)比較容易被折斷，所以考慮到這些問(wèn)題，根據(jù)微帶線特性阻抗設(shè)計(jì)公式計(jì)算，在er=10.2，基片厚度為0.6mm的情況下，輸入阻抗為50Ω的饋線寬度為0.6mm;輸入阻抗為20Ω的饋線寬度為2.5mm。顯然在20Ω時(shí)的饋線就比較不容易被折斷，所以本文設(shè)計(jì)單元的輸入阻抗為20Ω。

通過(guò)在天線單元邊緣開(kāi)槽使微帶饋線深入單元內(nèi)部的方法，能夠很好的調(diào)節(jié)單元的阻抗特性，實(shí)現(xiàn)天線單元的匹配，并能有效降低單元的尺寸。 天線單元的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，其中Wf為單元饋線的寬度，Ws為槽寬度，Ls為槽深。

3.2 ?饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

微帶天線陣的饋電方式主要包括串饋、并饋、反射陣面饋電等，并聯(lián)饋電方式中的T型結(jié)功分器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占據(jù)空間小、容易實(shí)現(xiàn)寬頻帶等突出優(yōu)點(diǎn)[6]，因此，設(shè)計(jì)中采用由T型結(jié)功分器構(gòu)成的并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)，使用等幅同相饋電方式。天線單元的輸入阻抗為20Ω，陣列總端口的輸入阻抗為50Ω，所以首先要利用λ/4阻抗變換線，使20Ω與100Ω阻抗相匹配，通過(guò)計(jì)算得出λ/4阻抗變換傳輸線的特性阻抗約等于45Ω，寬度為0.7mm。

通過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)的有效彎折和總體合理布局可大大減小天線陣的大小，圖3給出了天線陣饋電網(wǎng)絡(luò)示意圖。

圖3 ?天線陣饋電網(wǎng)絡(luò)示意圖

4 ?天線陣實(shí)測(cè)結(jié)果

本文根據(jù)天線的設(shè)計(jì)和仿真，研制出小型化GPS錐面共形天線陣的試驗(yàn)樣機(jī)，并用金屬椎體模擬了真實(shí)彈頭，對(duì)研制的天線進(jìn)行了電特性測(cè)量[7]。圖4所示的是天線陣樣機(jī)平面圖。

圖4 ?天線陣樣機(jī)平面圖

在微波暗室、遠(yuǎn)區(qū)條件下，用自制的天線遠(yuǎn)場(chǎng)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)在f0=1.575GHz時(shí)對(duì)該天線的E面和H面方向圖進(jìn)行了實(shí)測(cè)，如圖5所示。

a 天線陣的E面方向圖

b 天線陣的H面方向圖

圖5 ?天線的實(shí)測(cè)方向圖

從圖5a和5b中可以看出，天線陣的E面方向圖近似為偏向于共形體底部的一個(gè)“8”字形，H面方向圖近似全向，滿足工程設(shè)計(jì)要求。

圖6 ?天線陣實(shí)測(cè)駐波曲線

圖6所示的是使用HP8753D矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)天線進(jìn)行駐波系數(shù)(VSWR)測(cè)量的結(jié)果。由圖6可以看出天線陣的駐波系數(shù)小于2的帶寬為9MHz，在工作頻率f0=1.575GHz時(shí)，天線陣駐波系數(shù)為1.1。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

本文研究了小型化GPS錐面共形天線陣，文中通過(guò)調(diào)整單元的輸入阻抗解決了天線饋線由于過(guò)細(xì)易折斷的問(wèn)題，并進(jìn)一步縮小了單元尺寸且在陣元耦合強(qiáng)烈的情況下保證了中心頻率，而且穩(wěn)定了天線的輻射性能，實(shí)現(xiàn)了水平全向輻射的工程要求。我們研制出了共形在彈頭錐體上的小型化GPS共形天線陣實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了實(shí)測(cè)，其測(cè)量結(jié)果研究成果可應(yīng)用于工程實(shí)際，且具有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

皇捷通訊的gsm天線、wifi天線、uhf天線、vhf天線、電視天線、電子連接器生產(chǎn)線引進(jìn)日本、中國(guó)臺(tái)灣高端生產(chǎn)設(shè)備，保證產(chǎn)品具有穩(wěn)定、優(yōu)良的品質(zhì)。公司生產(chǎn)設(shè)備包括注塑成型設(shè)備、五金沖壓設(shè)備、自動(dòng)組裝設(shè)備、模具制造設(shè)備、RF剝線設(shè)備及品質(zhì)檢驗(yàn)設(shè)備等。我們擁有高端的技術(shù)研發(fā)和制造能力，可以根據(jù)客戶需求定制產(chǎn)品，并調(diào)整和提高生產(chǎn)效率。保證穩(wěn)定、精確的交貨期和快速的樣品確認(rèn)。

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本文將介紹一種FM收音機(jī)接收機(jī)解決方案，它將天線集成或嵌入在便攜式設(shè)備內(nèi)部，使得耳機(jī)線成為可選件。我們首先從最大化接收靈敏度講起，然后介紹取得最大化靈敏度的方法，包括最大化諧振頻率的效率，最大化天線尺寸，以及利用可調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)最大化整個(gè)調(diào)頻帶寬上的效率。最后，本文還將給出可調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方法。

最大化靈敏度

靈敏度可以被定義為調(diào)頻接收系統(tǒng)可以接收到的、同時(shí)能達(dá)到一定程度信噪比（SNR）的最小信號(hào)。這是調(diào)頻接收系統(tǒng)性能的一個(gè)重要參數(shù)，它與信號(hào)和噪聲都有關(guān)系。接收信號(hào)強(qiáng)度指示器（RSSI）只是指出了特定調(diào)諧頻率點(diǎn)的射頻信號(hào)強(qiáng)度，它并不提供有關(guān)噪聲或信號(hào)質(zhì)量的任何信息。在比較不同天線下接收機(jī)性能時(shí)，音頻信噪比（SNR）也許是一個(gè)更好的參數(shù)。因此，想為聆聽(tīng)者帶來(lái)高質(zhì)量的音頻體驗(yàn)，使SNR最大化非常重要。

天線是連接射頻電路與電磁波的橋梁。就調(diào)頻接收而言，天線就是一個(gè)變換器，即將能量從電磁波轉(zhuǎn)換成電子電路（如低噪聲放大器（LNA））可以使用的電壓。調(diào)頻接收系統(tǒng)的靈敏度直接與內(nèi)部LNA接收的電壓相關(guān)。為了最大化靈敏度，必須盡量提高這個(gè)電壓。

市場(chǎng)上有各種各樣的天線，包括耳機(jī)、短鞭、環(huán)路和芯片型天線等，但所有天線都可以用等效電路進(jìn)行分析。圖1給出了一種通用的等效天線電路模型：

在圖1中，X可以是一個(gè)電容或一個(gè)電感。X的選擇取決于天線拓?fù)洌潆姃q（感抗或容抗）值與天線幾何形狀有關(guān)。損耗電阻Rloss與天線中以熱能形式散發(fā)的功耗有關(guān)。幅射電阻Rrad與從電磁波產(chǎn)生的電壓有關(guān)。為了便于說(shuō)明，后文將以環(huán)路天線模型作為分析對(duì)象，同樣的計(jì)算也可以用于其他類型的天線，如短的單極天線和耳機(jī)天線。

圖1：天線等效電路模型。

使諧振頻率點(diǎn)的效率最大化

為了盡量提高天線轉(zhuǎn)換出來(lái)的能量，可以使用一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)來(lái)抵消天線的電抗性阻抗，而這種阻抗會(huì)衰減天線傳導(dǎo)到內(nèi)部LNA的電壓值。對(duì)電感性環(huán)路天線來(lái)說(shuō)，電容Cres用來(lái)使天線在想要的頻率點(diǎn)發(fā)生諧振：

（1）

諧振頻率是指天線將電磁波轉(zhuǎn)換成電壓的效率最高的頻率點(diǎn)。天線效率是Rrad上的功率與天線收到的總功率的比值，可以表示為Rrad/Zant，其中Zant是帶天線諧振網(wǎng)絡(luò)的天線阻抗。Zant表示為：

（2）

當(dāng)天線處于諧振狀態(tài)時(shí)，效率η可以表示為：

（3）

在其他頻率點(diǎn)時(shí)效率為：

（4）

非諧振頻率點(diǎn)的天線效率η要低于最大效率ηres，因?yàn)榇藭r(shí)的天線輸入阻抗Zant要么是容性的，要么是感性的。

最大化天線尺寸

為了恢復(fù)所傳輸?shù)纳漕l信號(hào)，天線必須從電磁波里收集到盡可能多的能量，并高效地將電磁波能量轉(zhuǎn)換成通過(guò)Rrad的電壓。收集到的能量多少受制于便攜式設(shè)備所使用天線的可用空間和大小。對(duì)于傳統(tǒng)的耳機(jī)天線來(lái)說(shuō)，它的長(zhǎng)度可達(dá)到調(diào)頻信號(hào)的四分之一波長(zhǎng)，能收集到足夠的能量并轉(zhuǎn)換成內(nèi)部LNA可用的電壓。在這種情況下，最大化天線效率就不那么重要。

不過(guò)，由于便攜式設(shè)備正變得更小更薄，留給嵌入式調(diào)頻天線的空間已變得非常有限。雖然已盡量增加天線尺寸，但嵌入式天線收集到的能量仍非常小。因此在既不犧牲性能、又要使用較小的天線的情況下，提高天線效率η就變得非常重要。

利用可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)，使調(diào)頻頻段上的效率最大化

大多數(shù)國(guó)家的調(diào)頻廣播頻段的頻率范圍是87.5MHz到108.0MHz。日本的調(diào)頻廣播頻段是76MHz到90MHz。在一些東歐國(guó)家，調(diào)頻廣播頻段是65.8MHz到74MHz。為了適應(yīng)全球所有的調(diào)頻頻段，調(diào)頻接收系統(tǒng)需要有40MHz的帶寬。傳統(tǒng)解決方案通常是將天線調(diào)諧在調(diào)頻頻段的中心頻率。然而就如上述公式表明的那樣，天線系統(tǒng)的效率是頻率的函數(shù)。效率在諧振點(diǎn)達(dá)到最大值，當(dāng)頻率偏離諧振頻率時(shí)，效率將下降。值得注意的是，由于全球調(diào)頻頻段的帶寬達(dá)40MHz，當(dāng)頻率遠(yuǎn)離諧振頻率點(diǎn)時(shí)天線效率將有顯著下降。

例如，設(shè)定一個(gè)固定諧振頻率98MHz，那么在該頻率點(diǎn)可取得很高的效率，但其他頻率點(diǎn)的效率將有顯著下降，從而劣化了遠(yuǎn)離諧振頻率點(diǎn)時(shí)的調(diào)頻性能。

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最近幾年，非接觸式智能卡已越來(lái)越多地應(yīng)用于支付和識(shí)別領(lǐng)域。除了當(dāng)前智能卡使用最為廣泛的公交行業(yè)之外，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始考慮將非接觸式應(yīng)用推廣至其他全國(guó)性項(xiàng)目。鑒于非接觸式智能卡應(yīng)用的全球性增長(zhǎng)，同時(shí)考慮到不同產(chǎn)品的技術(shù)要求以及終端客戶的不同需求，設(shè)計(jì)滿足不同應(yīng)用需求的智能卡天線則成了一項(xiàng)極富挑戰(zhàn)性的工作。本文將討論智能卡天線設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的各種因素，以及在不同應(yīng)用領(lǐng)域中面臨的挑戰(zhàn)。

智能卡天線設(shè)計(jì)需要考慮的因素

智能卡天線是一種電氣組件，可通過(guò)讀卡器產(chǎn)生的射頻（RF）磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)，向智能卡集成電路（IC）供電。它同時(shí)也是智能卡IC與讀卡器之間的通訊媒介。設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)奶炀€會(huì)極大地降低IC卡的性能，而設(shè)計(jì)合理的天線則會(huì)幫助IC卡實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)的最佳性能，實(shí)現(xiàn)以下特性：

符合ISO/IEC 14443/10373-6規(guī)定的工作場(chǎng)域和負(fù)載調(diào)制要求

符合PayPass-ISO/IEC 14443執(zhí)行規(guī)范- V1.1 和EMV非接觸式通訊協(xié)議規(guī)范V2.0相關(guān)要求, 兼容現(xiàn)有通過(guò)認(rèn)證的讀寫(xiě)器優(yōu)化工作距離：為指定應(yīng)用帶來(lái)最佳工作距離，而不影響智能卡功能支持多卡，即使這些卡相互疊放

天線在卡中的準(zhǔn)確定位：為了保證智能卡與采用小型天線的讀卡器協(xié)同應(yīng)用，天線必須設(shè)計(jì)在卡上的一個(gè)特定的區(qū)域內(nèi)。因?yàn)橹挥羞@樣，智能卡和讀卡器的天線才能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的磁耦合。

圖題：雙接口非接觸式智能卡的典型構(gòu)造

additional overlay-coating foil, thickness 50-100um：附加覆蓋層，厚度50-100微米

printed overlay foil, thickness 100-150um：印刷覆蓋層，厚度100-150微米

basic foil with coil: 200-300um, PVC, surface glueless：帶線圈的基層：200-300微米，PVC材質(zhì)，脫膠表面

Module: 540um total thickness：模塊：總厚度540微米

在智能卡天線設(shè)計(jì)中需要考慮三個(gè)會(huì)影響卡諧振頻率的主要元器件。為了使智能卡的工作距離和RF通訊穩(wěn)定性等性能指標(biāo)達(dá)到最佳狀態(tài)，必須充分考慮到這些元器件的影響。

集成電路(IC)

這是核心部分，芯片的輸入電容和最小工作電壓將決定智能卡的最大工作距離和多卡同時(shí)工作等特性。

IC模塊

智能卡IC置于模塊之內(nèi)。模塊使得IC易于處理，同時(shí)保護(hù)IC免受到外來(lái)壓力（如過(guò)度彎折等）和紫外線的損害。另外模塊設(shè)計(jì)擴(kuò)大了天線連接區(qū)域，為采用不同的天線連接方式提供了方便。在智能卡封裝工序中，模塊比裸裝的IC更常使用。從電氣角度看，模塊給IC卡的諧振電路增加了額外的電容。

智能卡封裝材料

由于其介電性能，封裝材料也為最終IC卡的諧振電路增加了額外的電容。智能卡天線設(shè)計(jì)及其對(duì)特定應(yīng)用領(lǐng)域的影響良好設(shè)計(jì)的智能卡天線是否就可以適合所有的應(yīng)用領(lǐng)域而不會(huì)發(fā)生任何小故障？事實(shí)并非如此。仔細(xì)設(shè)計(jì)的天線對(duì)非接觸應(yīng)用產(chǎn)品的綜合性能具有極其重要的作用，但是不同的應(yīng)用其技術(shù)要求完全不同。因此，要設(shè)計(jì)出一款通用天線，是一項(xiàng)極富挑戰(zhàn)性的工作。以下內(nèi)容將簡(jiǎn)要描述一些典型應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)。

支付應(yīng)用

卡和讀卡系統(tǒng)之間的臨界耦合效應(yīng)當(dāng)讀卡器比智能卡小時(shí)，RF 通訊就遇到了挑戰(zhàn)。出于簡(jiǎn)化和設(shè)計(jì)方便的考慮，目前流行的標(biāo)準(zhǔn)是將非接觸式讀卡器設(shè)計(jì)得盡可能小，盡可能緊湊。這意味著讀卡器的天線要小于一般常見(jiàn)的ID1 的尺寸。然而，由于業(yè)內(nèi)普遍接受的大多數(shù)支付卡（例如Visawave, Paywave, JCB）仍然執(zhí)行ISO/IEC 7810 標(biāo)準(zhǔn)(ID1,85mm*54mm)的規(guī)定制式，使用較小尺寸的讀卡器就對(duì)RF 通訊提出了挑戰(zhàn)。

以上情形導(dǎo)致卡和讀卡器系統(tǒng)之間產(chǎn)生臨界耦合效應(yīng)，這種臨界耦合效應(yīng)通常會(huì)使卡和讀卡器之間的RF 通訊變得極不穩(wěn)定。盡管看似不合理，但這種耦合效應(yīng)確實(shí)有違基本的邏輯，即，卡離讀卡器越近，耦合效應(yīng)就越強(qiáng)！

但是，采用如下一些方法，可以最大限度減輕這個(gè)問(wèn)題的影響：

為了克服因卡片天線和讀卡器天線的尺寸不匹配而造成的負(fù)面影響，一種方法是設(shè)計(jì)者可以調(diào)整卡片天線和讀卡器天線的尺寸，使得讀卡器天線的尺寸比卡片天線的大。根據(jù)支付系統(tǒng)的限制條件，可對(duì)讀卡器天線加以調(diào)整或者改變智能卡天線的設(shè)計(jì)。事實(shí)上，尺寸只有ID1 一半的支付卡在市場(chǎng)上已經(jīng)越來(lái)越普遍。這種方法雖然解決了上述難題，但它也帶來(lái)了其他問(wèn)題。這些尺寸只有ID1 一半的卡很難滿足ISO14443 規(guī)定的關(guān)于最小負(fù)載的調(diào)制要求。盡管如此，業(yè)內(nèi)已經(jīng)找到一些采用較小外形尺寸（ID1/2 和ID1/3），并滿足ISO14443 規(guī)定的負(fù)載調(diào)制限制的設(shè)計(jì)方案。

改變卡片天線的設(shè)計(jì)（例如感應(yīng)系數(shù)、線圈材料等）以達(dá)到調(diào)整Q 值或諧振頻率的目的。如果線圈的Q 值較低，它傳遞給卡的能量耦合就比較小，將卡去諧以獲得較高的諧振頻率也會(huì)取得同樣效果。這兩種方法都可以減少卡片天線和讀卡器天線之間的相互影響，進(jìn)而降低他們之間的耦合效應(yīng)。這種方法的好處是不需要改變讀卡器的設(shè)計(jì)，可以避免因讀卡器系統(tǒng)升級(jí)而帶來(lái)的高昂成本。當(dāng)然，這種方法的缺陷是不能完全滿足某些項(xiàng)目對(duì)于工作距離的要求。盡管不能完全解決問(wèn)題，但這種方法仍然可以大幅降低耦合效應(yīng)的負(fù)面影響。

電磁干擾（EMD）

設(shè)計(jì)者面臨的另外一個(gè)問(wèn)題是電磁干擾（EMD）。作為一種無(wú)源設(shè)備，非接觸式智能卡從讀卡器產(chǎn)生的RF 場(chǎng)獲取全部能量。IC 在進(jìn)行內(nèi)部操作期間，例如進(jìn)行密碼計(jì)算、EEPROM 編程等操作時(shí)，會(huì)對(duì)向其供應(yīng)能量的RF 場(chǎng)產(chǎn)生電磁干擾（EMD），這種干擾會(huì)使讀卡器的接收電路偵測(cè)到“虛假的”通訊信息，從而在卡和讀卡器系統(tǒng)之間引起通訊問(wèn)題。卡離讀卡器越近，這種影響就越大。雖然通過(guò)對(duì)卡片天線系統(tǒng)的微調(diào)可以部分減輕干擾(例如調(diào)整線圈的調(diào)諧電感)，但是不能完全解決問(wèn)題。通過(guò)對(duì)IC 時(shí)鐘技術(shù)的改進(jìn)，包括內(nèi)置硬件EMD 抑制機(jī)制，這個(gè)問(wèn)題現(xiàn)在已經(jīng)基本得到解決。

公交應(yīng)用

公交行業(yè)是最早采用非接觸式技術(shù)的行業(yè)之一，但因其大多數(shù)讀卡設(shè)施都是六七年前安裝的，有些甚至是在ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)制訂之前安裝的，因此設(shè)施都相當(dāng)陳舊。該領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)是不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。公交行業(yè)的部分陳舊的讀卡器生成的調(diào)制參數(shù)不能完全符合ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)，從而在卡和讀卡器之間產(chǎn)生業(yè)內(nèi)所稱的通訊“漏洞”。ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)分別為卡和讀卡器規(guī)定了相應(yīng)的RF 參數(shù)。這些參數(shù)給出了指定RF 信號(hào)的工作范圍，保證卡和讀卡器在滿足這些參數(shù)要求時(shí)可以達(dá)到互通性。因此，如果讀卡器產(chǎn)生的調(diào)制RF 參數(shù)超出了ISO 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍，就很難實(shí)現(xiàn)讀卡器和卡之間的互通性。上面所討論的參數(shù)與ISO 標(biāo)準(zhǔn)不相符的問(wèn)題，通常與ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)所定義的“暫停形態(tài)”的生成相關(guān)，一般表現(xiàn)為讀卡器波形的上升時(shí)間、下降時(shí)間、過(guò)沖信號(hào)和殘余載波等指標(biāo)不符合規(guī)定。優(yōu)化卡片天線的設(shè)計(jì)并不能完全解決這些問(wèn)題，因此更可靠的解決辦法是更換那些過(guò)時(shí)的讀卡器，代之以新的符合ISO 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，但這種選擇不一定能夠?qū)崿F(xiàn)，因?yàn)楦鼡Q所有正在使用的設(shè)施代價(jià)高昂，在某些情況下也不一定可行。

因此，可行的解決方案是改善非接觸式智能卡IC 的設(shè)計(jì)，使其具有超強(qiáng)的容錯(cuò)能力，以適應(yīng)這些與ISO 標(biāo)準(zhǔn)不相符的讀卡系統(tǒng)。

身份識(shí)別應(yīng)用

近些年來(lái)，政府實(shí)施的身份識(shí)別工程已成為非接觸式技術(shù)發(fā)展的主要推動(dòng)力，也促使業(yè)內(nèi)更加關(guān)注ISO 標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，強(qiáng)調(diào)卡與讀卡器系統(tǒng)的互通性。

前面討論過(guò)的有關(guān)支付應(yīng)用的問(wèn)題在身份識(shí)別應(yīng)用中也同樣存在，政府的身份識(shí)別系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的區(qū)別在于，政府已經(jīng)與業(yè)內(nèi)的主要機(jī)構(gòu)一起開(kāi)發(fā)出基于該應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，例如ICAO LDS，RF 協(xié)議測(cè)試等，并且在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中得到嚴(yán)格的遵循和推廣。電子護(hù)照的鑲嵌設(shè)計(jì)的總體框架由ICAO “電子護(hù)照RF 協(xié)議與應(yīng)用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)-第2 部分”（1 類天線）加以規(guī)范。

這些標(biāo)準(zhǔn)與美國(guó)有關(guān)電子護(hù)照的強(qiáng)制性規(guī)定一起，有效地保證了卡與讀卡器系統(tǒng)之間的互通性和一致性，迫使那些參與的國(guó)家加速實(shí)施其電子護(hù)照工程。幾年以來(lái)，參加美國(guó)“簽證互免計(jì)劃”（Visa Waiver Program）的大多數(shù)國(guó)家都一直在積極參與ICAO 電子護(hù)照互通性測(cè)試和跨國(guó)界的試驗(yàn)性項(xiàng)目，這就為非接觸式讀卡器、inlay 以及芯片的制造商提供了一個(gè)平臺(tái)，使他們可以一起制訂共同的標(biāo)準(zhǔn)，并解決該特殊領(lǐng)域中面臨的互通性問(wèn)題。

皇捷通訊的gsm天線、wifi天線、uhf天線、vhf天線、電視天線、電子連接器生產(chǎn)線引進(jìn)日本、中國(guó)臺(tái)灣高端生產(chǎn)設(shè)備，保證產(chǎn)品具有穩(wěn)定、優(yōu)良的品質(zhì)。公司生產(chǎn)設(shè)備包括注塑成型設(shè)備、五金沖壓設(shè)備、自動(dòng)組裝設(shè)備、模具制造設(shè)備、RF剝線設(shè)備及品質(zhì)檢驗(yàn)設(shè)備等。我們擁有高端的技術(shù)研發(fā)和制造能力，可以根據(jù)客戶需求定制產(chǎn)品，并調(diào)整和提高生產(chǎn)效率。保證穩(wěn)定、精確的交貨期和快速的樣品確認(rèn)。

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“分形”這一概念是由法國(guó)數(shù)學(xué)家B.Mandelbrot 于1975年首次提出的,“分形（Fracta1）”這個(gè)名詞即拉丁文的“破碎”。分形幾何就是研究無(wú)限復(fù)雜而具有特定意義下的自相似圖形和結(jié)構(gòu)的幾何學(xué)，自相似就是局部的形態(tài)與整體形態(tài)的相似，分形具有兩大特征：自相似性和空間填充性(即分?jǐn)?shù)維)。

所謂分形天線，是指幾何屬性上具有分形特征的天線。世界上第一個(gè)分形天線是由美國(guó)科學(xué)家Dr．Nathan Cohen 于1988年完成的，而對(duì)分形天線進(jìn)行系統(tǒng)的研究是從1995年8月Cohen 發(fā)表他的第一篇有關(guān)分形天線方面的文章開(kāi)始的。隨后，國(guó)際上很多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)開(kāi)始對(duì)分形天線進(jìn)行研究。分形天線是分形電動(dòng)力學(xué)的眾多應(yīng)用之一。天線與陣列的分形設(shè)計(jì)是電磁理論與分形幾何學(xué)的融合，如我們熟悉的螺旋天線和對(duì)數(shù)周期天線等一類頻率無(wú)關(guān)天線都是分形天線，它已經(jīng)存在多年，但直到分形技術(shù)應(yīng)用后，它的性能才得以充分的理解。

傳統(tǒng)的微帶天線要實(shí)現(xiàn)其雙頻和多頻工作通常需要采用多個(gè)輻射單元的天線或電抗性負(fù)載貼片天線或多頻介質(zhì)諧振天線，這些都增加了天線的復(fù)雜性，同時(shí)，也增加了制作的難度和成本。現(xiàn)代無(wú)線通信要求用低剖面、小尺寸、多頻帶（寬頻帶）、可集成的天線，分形天線能更好的滿足這種要求。分形是通過(guò)迭代產(chǎn)生的分?jǐn)?shù)維自相似結(jié)構(gòu)，其整體與局部、局部與局部之間都具有自相似性。因此，分形是一種與標(biāo)度無(wú)關(guān)的幾何，與寬帶天線的頻率無(wú)關(guān)性比較相似。將分形應(yīng)用于天線的設(shè)計(jì)主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)天線小型化和天線的多頻特性，分形天線解決了傳統(tǒng)天線的兩個(gè)局限性：(1) 通常天線的性能都依賴于天線的電尺寸。這就意味著對(duì)于固定的天線尺寸，主要天線參數(shù)（增益、輸入阻抗、方向圖和副瓣電平等）將隨著工作頻率的改變而改變。分形的自相似性使分形天線有多頻和寬頻特性。(2) 分形的空間填充性，使一些天線的尺寸得到減縮。

分形天線的研究和應(yīng)用，在軍事和民用方面都有著巨大的潛力，尤其在無(wú)線、衛(wèi)星和移動(dòng)通信系統(tǒng)中將會(huì)發(fā)揮巨大的作用，有著非常廣闊的市場(chǎng)前景。國(guó)外在分形天線單元和分形天線陣列研究方面已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，但國(guó)內(nèi)在這方面的研究還很少，分形天線是分形理論和天線技術(shù)的融合，表現(xiàn)出與傳統(tǒng)天線相比的許多優(yōu)勢(shì)，是近幾年天線領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

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目前的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)主要有：IEEE 802.11a(5.15～5.35／5.47～5.725／5.725～5.875 GHz)，IEEE 802.1lb和802.1lg(2.4—2.5 GHz)。

WLAN天線是無(wú)線局域網(wǎng)通信系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵部件，其性能的好壞直接影響到無(wú)線通信的質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外對(duì)于WLAN天線已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究，提出了很多工作在雙頻段的天線形式，例如偶極天線(Dipole Anten-na), PIFA天線(Planar Inverted-F Antenna)，平面單極子天線(Planarl Monopole Antenna)，準(zhǔn)八木天線(Quari-Yagi antenna)等。這些天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低，因而非常適合WLAN裝置使用。

本文設(shè)計(jì)了一種適用于WLAN系統(tǒng)的印刷偶極子天線。它通過(guò)印制在FR4介質(zhì)板上而成，尺寸為90 mm×80 mm。

1 天線結(jié)構(gòu)

天線水平放置在x-z平面，圖1（a）中灰色部分為天線輻射部分，白色部分為介質(zhì)。圖1（b）中灰色部分為巴倫饋線，白色部分為介質(zhì)。天線由偶極子陣列組成，振子通過(guò)印制在相對(duì)介電常數(shù)為4.4、厚度0.8 mm的介質(zhì)板上實(shí)現(xiàn)。偶極子的長(zhǎng)度和諧振頻率有關(guān)，長(zhǎng)振子對(duì)應(yīng)低端頻段，短振子對(duì)應(yīng)高端頻段，因此該天線可以工作在2.4／5.8 GHz的雙頻段。一般常用的設(shè)計(jì)使用半波長(zhǎng)或1／4波長(zhǎng)作為天線的長(zhǎng)度。

通過(guò)在Ansoft HFSS中建模、仿真優(yōu)化之后，得出天線的結(jié)構(gòu)尺寸(單位：mm)為：W1=4，W2=1，W3=7.4，W4=7，Ll=49，L2=9，L3=18.5，La=15.5，Lb=5。

2 仿真結(jié)果

天線駐波的仿真結(jié)果，如圖2所示。天線諧振于2.4 GHz和5.8 GHz，實(shí)現(xiàn)雙頻工作。低端頻段(駐波<2)為2.35～2.47 GHz，帶寬約有120 MHz，覆蓋了IEEE802.1lb／g的工作頻段；高端頻段為5.56～6.07 GHz，帶寬約為510 MHz，覆蓋了IEEE802.11 a的工作頻段。

由方向圖可以看出該天線在y～z平面內(nèi)的波束具有雙指向性，主極化好，交叉極化小。

相比文獻(xiàn)中的準(zhǔn)八木天線，方向圖具有雙指向性，可以滿足一些對(duì)波束指向有要求的應(yīng)用。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種WLAN雙頻偶極子印刷天線，通過(guò)對(duì)雙頻印刷天線的仿真、優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了WLAN標(biāo)準(zhǔn)的工作頻段，方向圖有一定的指向性，適用于對(duì)波束指向有一定要求的應(yīng)用。該天線尺寸小，便于集成；性能好，滿足無(wú)線局域網(wǎng)通信應(yīng)用的要求。

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