一種新穎的寬頻帶無線局域網天線設計

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VSWR2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VSWR2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。
無線系統都是用來傳輸高速數據的，即要求天線具有很高的帶寬。同時隨著電路集成度的提高，系統對天線的體積有著苛刻的要求，物理空間的限制成為系統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，經過大量的仿真優化，成功設計出了一種新穎的應用于現代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。