无线射频读写器天线系统设计学士学位论文.doc

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1、青岛科技大学本科毕业设计（论文）1绪论1.1天线的发展历史英国物理学家麦克斯韦预言电磁波的存在，1887年德国物理学家赫兹为了验证电磁波的存在设计了第一个天线。1891年意大利科学家马可尼制作了可以在数百米内通信的天线，真正实现天线的无线信号传输，天线开始走出实验室，之后在他主导下架设了横跨大西洋的远距离天线通信。这时天线的雏形开始出现。这一时期由于天线的工作频率不是很高，而且在地面的衰减又很大，为了实现远距离通信，往往天线的尺寸做的都是很大，几米至上百米。后来人们发现短波在地面衰减比较小可以实现远距离通信，同时肯内里和亥维赛发现电离层对

2、短波的反射可以实现远距离通信，开辟了天线的短波通信领域。这时的天线的种类开始增多，偶极天线、八木天线等经典天线出现，并且天线的增益、带宽等性能大大提高。这时天线已经能广泛应用于广播通信，航海通信。再后来出现了面天线，特别在二战时期雷达的出现，大大促进微波技术和天线的发展，利用微波的反射、折射、投射和聚焦等，进一步极大提高天线的增益。利用雷达天线可以精准的锁定目标的位置。二战之后，各国科研都向太空进军，出现人造地球卫星，其中在卫星通信方面的天线增益可以高达几十万倍，电磁波向毫米波、亚毫米波甚至光波方向发展。上世纪六十年代计算机问世后，由计算

3、机编程控制的天线阵出现并开始发展。近代天线的尺寸成为天线发展的难题，近几十年出现的微带天线成为天线研究的新领域，天线的尺寸缩小到厘米级，出现了各种各样的手持无线设备、读写器等。1.2天线的分类和用途天线按其工作波长主要分为：长波天线、中波天线，短波天线、超短波天线和微波天线[]。主要依据其工作频率的划分。本论文设计的天线通信频率在433MHz左右，属于微波波段，设计的天线属于微波天线。选择在433MHz频段是因为在这个频段我国是免申请的，可以直接使用。天线按其工作性质可以分为发射天线和接收天线。发射天线就是能把传输线上的信号能量转换成电磁

4、波辐射到自由空间的天线，比如像广播电视台的发射电视信号的发射塔：接收天线就是能接收空间电磁波并把它变成电信号的天线，比如像家用电视的信号天线就是接收电视台的电磁波信号。在通常情况下，发射天线可以做接收天线，接收天线也可以做发射天线，同一天线作为发射或接收的基本电参数是一样的，这就是天线的互易定律。本文设计的读写器天线主要是作为接收天线使用，但发射天线采用的是无源工作方式，所以发射天线的能量还要来自读写器天线辐射的电磁波能量。23青岛科技大学本科毕业设计（论文）通常最常见的天线是按其工作原理和结构形式分类，主要分为线天线和面天线。线天线是指

5、天线是由线状的金属棒或金属空腔组成。常见的有单极子天线，双极子偶天线，八木天线等。单极子天线长度一般是工作波长的二分之一或四分之一，是目前应用最广泛的天线，在通信、导航、遥感方面广泛使用。最常见的汽车上的车载天线就是这种单极子天线。八木天线从上世纪二十年代问世以来，因其有很高的方向性增益特点，方向性特别好，在以前的家用电视的接收天线经常看到八木天线的影子。面天线就是发射天线是由金属面构成，例如抛物面天线。喇叭天线等，主要利用电磁波在遇到金属物体表面时发生发射的特性，还有些利用电磁波的穿透性进行折射聚焦、散射等特性，来增强天线的方向性。射电

6、望远镜就是一种面天线，通过面天线的反射聚焦可以发射高能量的电磁波束来探索宇宙深处，并能接收宇宙中微弱的电磁波。在生活中，我们通常家用的锅盖天线就能接收卫星转播电视台信号。在军事中的雷达就是一种抛物面天线。在面天线中还有一种天线——微带天线，因其可以做的比较小，重量轻，而且可以和设计的电路板连接在同一个面板上，而得到广泛使用，在生活中的手机、电脑等手持移动设备，RFID电子标签，读写器等都有用到微带天线[]。本论文设计的无线射频读写器就是采用的微带天线。1.3本文研究天线的应用本文设计的天线是射频读写器，该读写器是用在汽车胎压监测系统（Ti

7、rePressureMonitoringSystem，TPMS）。汽车胎压监测系统是最近十年兴起的一种新技术，它的主要目的就是通过实时的监测汽车轮胎的压力情况，当轮胎压力出现异常情况时及时发出报警提示，防止汽车爆胎，提高汽车的安全性系数。在汽车胎压监测系统中，轮胎气压先通过轮胎内的声表面波压力传感器把气压信号转变成电信号，在经过微处理器处理把胎压信号传送到轮胎内的发射天线，发射天线经过电磁辐射，把载有胎压信号的电磁波辐射到空间去，辐射到空间的电磁波经由读写器内设计的微带天线捕获，把电磁波信号转变为电信号，经过中央处理器的分析处理显示在显示

8、器上。工作流程图如图1-1所示。声表面波压力传感器发射天线读写器接收天线中央处理器胎压显示和提示报警电磁波图1-1TPMS的工作流程图Fig.1-1WorkflowchartofTPMS23青