新型WLAN平面倒F雙頻天線的設(shè)計(jì)

這里，c為真空中光速，l和w為輻射單元的長(zhǎng)度和寬度，f0為輻射單元的諧振頻率。通過(guò)計(jì)算，我們?nèi)÷窂紸的長(zhǎng)度約為12 mm，使其諧振在5．5 GHz頻段；取路徑B的長(zhǎng)度約為32 mm，使其諧振在2．4 GHz頻段。
采用Ansoft公司的電磁仿真軟件HFSS 10．0對(duì)天線進(jìn)行仿真。通過(guò)調(diào)節(jié)短路針的位置L1以及輻射貼片開路端的長(zhǎng)度L4使天線諧振在2．4／5 GHz藍(lán)牙和無(wú)線局域網(wǎng)頻段。由圖1(a)可知，在固定L4不變的情況下(取L4=16 mm)，以ra為基準(zhǔn)線，改變短路針的位置L1會(huì)同時(shí)改變電流路徑A和電流路徑B的長(zhǎng)度。當(dāng)減小L1的長(zhǎng)度時(shí)(L1=10 mm)，路徑B的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，如圖2所示，低頻段向左移動(dòng)。與此同時(shí)，路徑A的長(zhǎng)度變短，高頻段向右移動(dòng)。當(dāng)L1變長(zhǎng)時(shí)(L1=14 mm)，則得到相反的結(jié)果。相似的原理，在固定L1不變的情況下(取L1=12 mm)，以rb為基準(zhǔn)線，調(diào)節(jié)L4的長(zhǎng)度改變了低頻部分的電流長(zhǎng)度，而高頻部分的電流長(zhǎng)度保持不變，如圖3所示。綜上可知，路徑B和路徑A分別控制著2．4 GHz和5 GHz頻段。最終仿真優(yōu)化的結(jié)果取L1=12 mm，L4=16 mm。

調(diào)試完兩個(gè)諧振頻率點(diǎn)后發(fā)現(xiàn)：低頻部分的帶寬相對(duì)較窄，因此，在控制低頻的輻射單元處加載階梯形槽。由于多節(jié)匹配傳輸線結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶匹配，所以這種階梯形結(jié)構(gòu)能夠較容易的實(shí)現(xiàn)天線帶寬的展寬。如圖4所示，在加載了階梯形槽后帶寬有了較明顯的展寬。

3 天線測(cè)試
對(duì)天線進(jìn)行實(shí)際加工來(lái)證明設(shè)計(jì)的有效性。其最終尺寸為：L=47．5 mm，W=20 mm，L1=12 mm，L2=6 mm，L3=5 mm，L4=16 mm，L5=10 mm，L6=3 mm，L7=27．5 mm，W1=2 mm，W2=1 mm，W3=2 mm，W4=1．5 mm，W5=2．5 mm，W6=5 mm，W7=11 mm，W8=6 mm，H=7 mm，R=0．5 mm。
采用安捷倫公司的8722ES網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試得到的兩個(gè)諧振頻率點(diǎn)分別為：2．4 GHz和5．5 GHz，阻抗帶寬分別為300 MHz(2．21～2．51 GHz)大約為12．50％和1 070 MHz(4．95～6．02 GHz)大約為19．51％。圖5是回波損耗的測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果的比較，可見，二者吻合良好。該天線在兩個(gè)工作頻段上的輻射方向圖分別如圖6和圖7所示，可見天線具有較好的全向性能，能夠滿足無(wú)線局域網(wǎng)天線的要求。如圖8所示，所設(shè)計(jì)天線的增益在低頻部分(2．21～2．51 GHz)達(dá)到3．1～3．6 dBi，變化范圍在0．5 dBi以內(nèi)，在高頻部分(4．95～6．02 GHz)達(dá)到6．1～6．7 dBi，變化范圍在O．6 dBi以內(nèi)。

4 結(jié) 語(yǔ)
本文提出并設(shè)計(jì)測(cè)試了一種新型小型化雙頻平面倒F天線，該天線設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、靈活，在選定開槽位置后，只需通過(guò)調(diào)節(jié)短路針位置L1和開路端長(zhǎng)度L4即可方便調(diào)節(jié)兩個(gè)諧振頻率。通過(guò)加載階梯形槽使天線具備較大的阻抗帶寬，可完全覆蓋2．4／5 GHz頻段，以滿足無(wú)線局域網(wǎng)對(duì)雙頻天線的要求。此外，該天線體積小、成本低、饋電方便，有較好的全向輻射特性和較高的增益，適用于目前的無(wú)線通信系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。