1 引言

近年來，隨著無線局域網技術迅猛發展，雙頻及多頻工作的天線日益受到重視。由于無線局域網(WLAN)開放的頻段，在無線通信技術中有著非常重要的應用。為了能在同一天線上實現2.402GHz—2.482GHz(IEEE802.11b/g)和5.15GHz—5.87GHz (IEEE802.11a)的頻段覆蓋，雙頻或多頻天線應運而生。CPW結構具有工作頻帶寬、單一金屬層、易于與有源設備或MMIC集成等優點，CPW饋電的天線已被很多人設計應用于無線局域網通信。介紹了多種雙頻單極子，但它們共同的缺點是阻抗帶寬比較窄。天線需要一短路探針連接地面和印刷單極子，這樣增加了設計的復雜性以及制作成本。

本文給出了一種小型化的應用于無線局域網的CPW饋電G型單極子雙頻天線。天線的整體結構尺寸為22×18.5×1.6mm³，約為文獻[5]的1/5、文獻[6]的2/9。在WLAN(分別為2.402GHz-2.482GHz (IEEE802.11b/g)和5.15GHz-5.87GHz(IEEE802.11a))頻段內達到頻帶工作要求，且輻射方向圖滿足全向性

2 天線設計與仿真

圖1為雙頻G型天線的結構圖。介質基板為FR4，厚度為1.6mm，介電常數為4.4。天線的輻射單元類似于G型，采用CPW饋電方式。天線的結構尺寸先采用基于有限元的全波仿真軟件HFSS優化得到。G型天線金屬條帶寬度為2mm，與CPW饋電結構的中心信號線尺寸一致，CPW結構的槽寬為0.2mm，剛好為標準的50共面波導。天線整體優化后得到的天線尺寸為：l1=5mm,l2=10.5mm,l3=11mm,l4=4.5mm,l5=7mm,l6=4mm,W_sub=18.5mm,L_sub=22mm。

(a)

(b)

圖1 天線的幾何結構圖(a) 俯視圖 (b)前視圖

G型天線單元有兩個不同的諧振路徑，分別為l路徑L1等于l₁+ l₂+ l₃+l₄和路徑L2等于l₅ + l₆。這兩個不同的路徑長度L1,L2分別接近2.4GHz和5.2GHz的四分之一波長。通過調節L1的長度使天線諧振于2.4GHz工作頻段，同樣的通過調節L2的長度使天線諧振于5.2GHz工作頻段。另外，通過全局優化天線的結構尺寸(l1,l2,l3,l4,l5,l6，S)可以改善2.4GHz和5GHz的頻帶寬度。通過調節l6的長度，可以有效的展寬5GHz頻段的寬度。通過調節l4的長度，可以有效的展寬2.4GHz頻段的寬度。另外，通過適當調整兩個諧振路徑的相對位置，可以改善天線的輻射特性。

3 實驗結果及討論

圖2為制作的天線實物。使用Agilent E5071B網絡分析儀天線的回波損耗進行了測量，結果如圖3所示。圖中同時給出了仿真計算曲線，可見，兩者在工作頻段內吻合的較好。測量得到的在2.4GHz和5GHz的-10dB測量阻抗帶寬分別為22.9%(2.17 GHz －2.72GHz，中心頻率為2.42GHz)和50.9%(5.0GHz－7.85GHz，中心頻率為5.60GHz)，滿足雙頻WLAN應用所需頻段要求。

在2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz三個頻點上測量得到的輻射方向圖分別如圖4、圖5和圖6所示。可以清楚的看出，在三個頻點上的輻射方向圖都類似全向性。在yoz面，在2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz 的輻射方向圖更接近于全向性。圖7為天線的測量增益，圖7(a)為2.4GHz頻段的增益頻響曲線，增益的最大值為1.56dBi;圖7(b)為5GHz頻段的增益頻響曲線，增益的最大值為4.8dBi.

圖2 天線實物圖

圖3 天線的測量與仿真回波損耗

(a) xoy面

(b) xoz面

(c) yoz面

圖4 天線2.4GHz時的輻射方向圖

(—co-pol,----cross-pol)

(a) xoy面

(b)xoz面

(c)yoz面

圖5 天線5.2GHz時的輻射方向圖

(—co-pol,----cross-pol)

(a) xoy面

(b) xoz面

(c) yoz面

圖6 天線5.8GHz時的輻射方向圖

(—co-pol,----cross-pol)

(a)

(b)

圖7 天線的測量增益頻響曲線

(a)2.4GHz (b)5GHz

4 結論

本文設計并實測了一種小型化的CPW饋電G型單極子雙頻天線。該天線的主要特點是結構尺寸小，5GHz頻段的工作帶寬很寬。通過優化G型天線結構兩個不同的諧振路徑長度，可以方便的激起兩種諧振模。