円偏波パッチアンテナの設計

リーダーは、マイクロプロセッサやデジタルシグナルプロセッサによって制御されるRF トランスミッタとレ シーバーです。タグから送信された情報を付属のアンテナで受信し、コンピューターに渡します。本資料で はCST MW STUDIO（CST MWS）によるRFID アンテナの設計事例をご紹介します。解析が行われた周波 数範囲908.5 ? 914 MHz は、韓国のRFID 帯域です。下記は韓国のChungbuk 大学のBierng-Chearl Ahn 教授と 共同研究者のご好意と許諾を得て掲載します。

アンテナ構造の概要とパラメータを図 1に示します。

アンテナの動作と性能は設計パラメータ（図1参照）を用いて定義します。アンテナの大きさは動作周波数によって決まります: W ? L = 0.4 λ。打ち欠き部も同様です: t / W 。グラウンドプレーンの垂直方向の高さと軸比も決まります。グラウンドプレーンの大きさは利得に、またグランドプレーンとパッチの間の距離はバンド幅に影響を与えます。フィードギャップの大きさはインピーダンス整合に影響します。CST MWSで形状モデルを作成し、シミュレーションによりパラメータを最適化しました。パッチアンテナのCST MWSモデル、最終的なパラメータ、実作されたアンテナを図2に示します。

シミュレーションと共に測定も実施し、結果を比較しました。両方の結果の反射係数と利得を図3に示します。

パッチとグラウンドの間に誘電材質を挿入することにより、パッチアンテナをさらに小型化します。シミュレーションを行い、その結果に基づいて製作されたアンテナとそのパラメータを図4に示します。

この小型化されたアンテナについても測定を行いました。両者の結果を図5に示します。パッチとグラウンドの間の誘電体により、周波数900 MHz における共振が明確になったことが確認できます。

最後のステップとして、2素子SFADPアレイの設計により利得の増大を図りました。まず利得を最大化するためにCST MWSで素子間の距離を最適化し、続いて給電回路と分配回路の設計を行いました。

アンテナアレイについても実機を製作し測定を行いました。測定とシミュレーションの結果を図7と8に示します。

まとめ