一種多頻帶印刷單極子天線的設(shè)計(jì)

摘要 提出了一種小型化的用于WLAN/WiMax通信系統(tǒng)的多頻帶印刷單極子天線。通過(guò)改進(jìn)雙“G”形的振子結(jié)構(gòu)，使天線能在2.4 GHz，3.5 GHz和5.5 GHz諧振，實(shí)現(xiàn)2.4/5.2/5.8 GHz wLAN和3.5/5.5 GHz WiMax頻帶的覆蓋。對(duì)加工后的天線模型測(cè)試表明，天線在工作頻帶內(nèi)具有較寬的阻抗帶寬和較好的輻射特性。因此，該天線可以應(yīng)用在多頻帶無(wú)線通信系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞 多頻帶;單板子天線;WLAN;WiMax

隨著通信容量和信息傳輸速率的不斷提高，人們對(duì)通信技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步提出了更多、更高的要求。而天線是移動(dòng)通信系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵部件，已成為通信終端中的重要部件。

現(xiàn)今的無(wú)線通信設(shè)備種類繁多，集成了多種系統(tǒng)模塊，并能穩(wěn)定、高效地工作。因此，如何使終端天線能夠在這些網(wǎng)絡(luò)頻帶范圍內(nèi)工作，減少天線間的干擾，降低制作成本，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)共用以及收發(fā)共用成為主要研究方向。

本文提出了一種可用于WLAN和WiMax無(wú)線通信系統(tǒng)的三頻帶印刷單極子天線。通過(guò)在微帶板上蝕刻的雙“G”形輻射貼片，使得天線覆蓋2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和3.5/5.5 GHz WiMax頻帶，并在帶內(nèi)具有較好的全向輻射特性。

1 天線的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)

三頻帶印刷單極子天線的結(jié)構(gòu)如圖1所示。天線印刷在相對(duì)介電常數(shù)為4.4，厚度為1 mm的FR4介質(zhì)基板上，整體尺寸為37 mm×18 mm。饋電部分是50 Ω的微帶線，其中微帶線寬度為2 mm，并與SMA型同軸連接器相連。天線正面是對(duì)稱的雙“G”形輻射貼片，背面全部為介質(zhì)。通過(guò)調(diào)節(jié)輻射貼片臂B1、B2、B3的長(zhǎng)度，可使得天線工作在2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和5.5 GHz WiMax頻帶。同時(shí)，為使得天線獲得較好的輻射性能和增益，天線輻射貼片的臂均為完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

為考察結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)天線電性能的影響，采用AnsoftHFSS V13對(duì)設(shè)計(jì)的天線進(jìn)行了仿真，經(jīng)過(guò)加工調(diào)試，天線的尺寸如下：L=37 mm，L1=18 mm，L2=15 mm，L3=11 mm，L4=14 mm，L5=16 mm，L6=15 mm，W=18 mm，W1=2 mm，W2=3 mm，W3=2 mm，W4=3 mm，H=1 mm。

2 結(jié)果分析

圖2～圖4分別給出了參數(shù)L2、L3和L5取不同值時(shí)，天線回波損耗的仿真結(jié)果，可以看出分別調(diào)節(jié)雙“G”形輻射貼片的臂長(zhǎng)即更改參數(shù)L2、L3和L5的取值可以改變天線相對(duì)應(yīng)諧振頻帶的位置，且基本不會(huì)影響其他頻段的工作帶寬。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)輻射貼片的臂長(zhǎng)，可以使得天線覆蓋2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和3.5/5.5 GHz WiMax頻帶。

為驗(yàn)證輻射貼片對(duì)天線性能的影響，圖5給出了包含不同輻射貼片臂時(shí)，天線回波損耗的仿真結(jié)果?？梢钥闯?，引入3個(gè)輻射貼片臂后，天線可以獲得3個(gè)工作頻帶，并且不同臂彼此之間影響比較小。

利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Agilent—E5071 B對(duì)加工后的天線模型進(jìn)行了測(cè)試。天線回波損耗的實(shí)測(cè)和仿真結(jié)果對(duì)比如圖6所示。天線回波損耗的實(shí)測(cè)與仿真結(jié)果基本吻合，之間的差異主要是在高頻段，應(yīng)該是由于加工誤差和測(cè)量環(huán)境等引起的。測(cè)試結(jié)果表明，天線模型回波損耗-10 dB的工作頻帶為2.3～2.50 GHz、3.17～4.11 CHz和4.82～7.14 GHz，滿足2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和3.5/5.5 GHz WiMax對(duì)工作帶寬的基本要求。

圖7分別給出了2.45 GHz、3.5GHz和5.5 GHz頻點(diǎn)處的實(shí)測(cè)遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。在y-z平面內(nèi)(E面)，天線輻射方向圖具有類似單極子天線的方向圖;在x-y面(H面)內(nèi)，天線輻射方向圖接近全向。

圖8給出了天線在工作頻帶內(nèi)的實(shí)測(cè)增益曲線。如圖所示，天線在2.45 GHz、3.5 GHz、5.5 GHz的峰值增益分別是2.12 dB、2.44 dB和3.44 dB，帶內(nèi)增益滿足WLAN和WiMax通信的要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種小型化的用于WLAN/WiMax通信系統(tǒng)的多頻帶印刷單極子天線。利用雙“G”形的輻射貼片，使得天線形成3個(gè)諧振頻帶，即2.4 GHz、3.5 GHz和5 GHz。實(shí)測(cè)結(jié)果表明天線滿足2.4/5.2/5.8 CHzWLAN和3.5/5.5 GHz WiMax頻帶的阻抗帶寬，并具有良好的全向輻射特性，該天線可以應(yīng)用在無(wú)線多頻帶通信系統(tǒng)中。