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车用制品技术与应用 康永·基于 HFSS 软件轮胎胎压监测系统微带天线的设计

计。从图 3(b) 所示的 W 边的磁流分布，其分布正好与
L 边分布相反 同相分布，所以 W 的辐射场会同相叠加，
形成最大值。
微带天线技术的重点便是微型化，微带天线核心
技术也就是实现微型化。然而，天线长度和读写器信
号频率之间成反比，即为缩小天线长度才能降低读写
器工作信号频率。微带天线微型化技术的实现有多种 图 4 表面开槽后的贴片电流分布
方式 ：曲流技术、电磁带隙结构、左手介质、有源网
但是贴片表面开槽后它的辐射面积就减小了，使
络附加、短路加载以及介质基板介电常数的提高。本
的天线的增益降低，这就要求贴片表面开槽的宽度不
文采取短路加载方式以及曲流技术来完成读写器天线
宜太宽。这种方法是以牺牲天线的增益为代价。
的设计，并采用 FR-4 型环氧树脂材料作为介质基板。
2.4 接地板开槽
表面开槽技术便是曲流技术。该方法本质便是为
在开槽后的接地板上贴片电流会发生如图 5 的变
了读写器天线有效长度变大，经由贴片表面的弯曲来
化。从图 5 中明显观察到，虽然读写器天线的贴片外
实现。表面开槽有两种 ：开槽接地板表面 ；开槽贴片
观没有改变，但是开槽接地板上的辐射贴片中的电流
表面。
呈现弯曲现象，这是因为其受到接地板表面电流的制
2.3 贴片表面开槽
约。其可减弱谐振频率，并增加读写器天线有效长度，
如下图 4 所示的贴片表面开槽后的电流分布情况，
使其实现微型化的设计目标。读写器天线因素 Q 值会
我们可以看出在开槽弯曲处电流也发生弯曲，从而增
因接地板的开槽而发生降低。同时，读写器天线带宽
加了电流路径的有效长度，也就是增加了天线的长度。
以及增益也会变大。
在不改变天线尺寸的情况下降低了天线的谐振频率。

图 5 接地板开槽后前电流分布情况

2.5 短路加载技术 3 无线射频读写器天线设计
读写器发射信号波长的一半，即为矩形微带天线 本文主要设计轮胎压力监测系统内射频读写器天
长度 L。一般情况下，电流在方形贴片上呈驻波分布， 线。安装在轮胎内部发射器和读写器间的信号频率预
则会有一个零电位线位于两开路端间。如果欲将天线 设为 433 MHz。由前文的理论分析可知，工作频率和
的一半省去，在需要将接地线按接在零电位线处，使 天线长度之间的关系为反比，只与发射器的波长成正
短路和开路之间呈驻波分布。采取该法可缩短天线长 比。频率为 433 MHz 信号波长为 69 cm。由此可见，
度的二分之一，使读写器天线微型化。 设定天线长度为波长的 1/4，其长度也在 17 cm。若将
短路加载的方法包括短路面加载、短路片加载和 天线长度具有 17 cm 的射频器安置在汽车内部，其空
短路探针加载，分别如下图 6、图 7、图 8 所示。短路 间占比过高。故基于汽车内部空间美观及舒适方面考
加载的效果取决于短路加载的数量，每个短路加载的 虑，本文拟采用微带天线方式对读写器进行设计，使
面积以及天线的高度。 天线的大小微型化至卡片级，尽可能缩小读写器天线
空间占比。

年
2019 第 45 卷 ·23·