摘要：本文提出一種結構簡單的、寬帶雙頻、共面波導饋電的單極子天線，本天線采用50歐姆的SMA接頭對其進行饋電，印刷集成在一個22×35mm2的介質基板上，覆蓋了無線局域網(WLAN)的2．4-，5．2-，5．8-GHz三個頻帶，并且具有良好的阻抗匹配特性。此天線的低諧振模式在VSWR<2時的阻抗帶寬為320MHz(2．38到2．70GHz)，滿足了2．4-GHz WLAN工作頻段(2．400-2．484GHz)；此外，天線的高諧振模式在VSWR<2時的阻抗帶寬為2．480GHz(3．580到6．060GHz)，包含了5．2-GHz的HIPERLAN頻段(5．150到5．350GHz)和5．8-GHz的WLAN頻段(5．725到5．852GHz)。
關鍵詞：共面波導饋電；無線局域網；雙頻段天線；寬頻帶；低剖面
0 引言
近年來，隨著無線通信和移動通信技術的發(fā)展，移動終端設備使用越來越廣泛，無線局域網(WLAN)技術也廣泛應用在筆、手機、手持終端、汽車中。隨著IEEE802．11 a(5．15～5．3 5GHz，5．725～5．825GHz)和802．11b／g(2．4～2．4835GHz)標準的提出，WLAN得到了迅猛發(fā)展。與此同時對WLAN天線的要求也越來越高，要求其體積小、重量輕、生產加工便捷、天線成本低廉，同時在功能上要求使用頻寬較寬以及有雙頻性能以同時達到802．11a／b／g標準要求。所以，近年來對小型化的多頻段WLAN天線的研究大量涌現(xiàn)。
無線系統(tǒng)都是用來傳輸高速數(shù)據(jù)的，即要求天線具有很高的帶寬。同時隨著電路集成度的提高，系統(tǒng)對天線的體積有著苛刻的要求，物理空間的限制成為系統(tǒng)設計必須考慮的重要因素。隨著天線尺寸的減小，天線效率會顯著降低，帶寬也會隨之變窄。如何在天線帶寬等性能受尺寸限制的情況下，設計出寬帶小型化的天線是個難點。
傳統(tǒng)的單極子天線結構簡單、容易饋電，但是其工作頻帶很窄，無法滿足WLAN的頻帶寬度。而且在很多需婁低剖面、緊結構、小型化、易集成的天線的情況下，就更難勝任了。后來出現(xiàn)了平面單極子天線，雖然滿足了小型化、低剖面問題，但是帶寬窄的先天劣勢無法避免。近些年來，共面波導饋電的天線在WLAN天線設計中受到了很多的關注，因為它擁有寬帶、良好的阻抗匹配、簡單的單層金屬結構、容易與有源器件或者單片微波集成電路(MMIC)合成等特點。在一些現(xiàn)有的該天線設計中，存在小型化、結構簡單、多頻段和寬頻帶之間的矛盾。本文所提出的天線是在原有基礎上，加入了天線陣的概念，強化了輻射強度的同時，有效地展寬了頻帶，而且結構簡單，經過大量的仿真優(yōu)化，成功設計出了一種新穎的應用于現(xiàn)代WLAN通信的天線。
1 天線結構設計
本文設計出的天線結構如圖1所示。此天線的輻射面和地面印刷在22×35mm2、相對介電常數(shù)εr=4．4的介質板上，介質板厚度為H=1．6 mm。天線由50 Ω SMA連接器進行饋電。天線的輻射單元有兩部分組成，左邊部分包括兩個W6、L3和W8／2共四個貼片，產生低諧振頻率，右邊部分包括四個豎直片和W8／2共五個貼片，產生高的諧振頻率。根據(jù)單極子的工作原理，諧振時的長度為波長的四分之一。左邊長度(W6+L3+ W8／2)設置為諧振頻率為2．54GHz時波長的四分之一，右邊長度(L9+W8／2)設置為諧振頻率為4．82GHz時波長的四分之一。為了加強輻射強度并且增大帶寬，運用天線陣的概念，兩部分都增加了相近的輻射貼片。由于耦合效應的存在，兩部分長度需進行微調。
2 仿真結果
天線結構中參數(shù)的變化將會對頻段位置、帶寬有較大影響，本文著重討論了貼片長度W6以及貼片高度差L8對回波損耗的影響。圖2表明貼片的長度W6對高頻諧振沒有影響，對低頻有一定影響，從圖中看出，W6小了，頻帶不能包括頻點2．4GHz；W6大了，帶寬變窄。從圖3可見，貼片的高度差L8對高頻有一定影響，并且通過耦合效應影響低頻帶寬。
對以上參數(shù)優(yōu)化，最終確定了最優(yōu)的天線參數(shù)如表1所示。
圖5給出了優(yōu)化后天線回波損耗的仿真結果，表明此天線完全覆蓋了WLAN頻段，并且具有很高的帶寬。
圖6、圖7、圖8分別給出了對天線進行仿真后得到的2．44GHz、5．2GHz、5．8GHz頻率下的方向圖，表明天線在水平平面(y-zplane)內基本具有全頻帶的輻射全向性。
3 結果分析及結論
本文根據(jù)共面波導饋電天線的特點和單極子天線的工作原理，在大量仿真實驗之后，設計出了一種應用于WLAN的平面天線。文中對天線的部分參數(shù)做了具體討論優(yōu)化，并給出了優(yōu)化后的天線仿真方向圖，基本符合單極子天線輻射圖樣，在WLAN的工作頻帶內滿足全向覆蓋要求。
下載文檔
