一種應用于WLAN雙頻的T型介質諧振器天線

鄭浩天++林文斌++闞國錦++鄒德友

摘 要： 設計一種滿足WLAN雙頻的T型介質諧振器天線。通過對介質諧振器兩側進行切割形成“T”型產生雙頻輻射，再由電磁仿真軟件建立模型并對其優化，得到最佳的天線設計參數。仿真結果表明該天線實現了5.2 GHz和5.8 GHz的雙頻帶工作且均有很高的增益。該天線結構簡單，僅在傳統矩形介質諧振器天線的基礎上對介質諧振器進行了“T”型處理。

關鍵詞： T型介質諧振器天線； 雙頻； 高增益天線； 諧振器切割

中圖分類號： TN82?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）21?0046?03

A T?type dielectric resonator antenna covering WLAN′s two frequency bands

ZHENG Haotian， LIN Wenbin， KAN Guojin， ZOU Deyou

（Institute of Electromagnetic Field and Microwave Technology， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China）

Abstract： A T?type dielectric resonator antenna meeting the requirement of WLAN dual?band was designed. Two sides of the dielectric resonator are cut to form the T?type antenna to produce dual?band radiation. The electromagnetic simulation software is used to establish and optimize the model to get the best design parameters of the antenna. The simulation result shows that the antenna can work at 5.8 GHz and 5.2 GHz， and has a high gain. The antenna has simple structure. The T?type processing for dielectric resonator is only performed on the basis of traditional rectangular dielectric resonator antenna.

Keywords： T?type dielectric resonator antenna； dual?band； high gain antenna； resonator cutting

0 引 言

介質諧振器天線作為一種新型天線，近年來飛速發展。最早的介質諧振器天線在1983年由Stuart A. Long等人提出并通過實驗驗證[1]。介質諧振器天線與傳統天線相比，介質諧振器能夠設計的介電常數在8～100之間，形狀任意，饋電方式也多種多樣[1?3]。同時，它又具有體積小、造價低、重量輕且容易和平面電路進行集成等優點。相較于現在廣泛使用的微帶天線，它具有更寬的帶寬和更高的輻射效率[3?5]。

近年來，隨著現代無線通信技術的迅猛發展，其中無限局域網（WLAN）得到越來越廣泛的關注。WLAN主要的優點是用戶能夠隨時隨地交換數據。目前WLAN天線主要應用于三個頻段[6]：2.4 GHz（2.4～2.484 GHz），5.2 GHz（5.15～5.35 GHz）和5.8 GHz（5.725～5.825 GHz）。

利用介質諧振器不同模式下諧振頻率不同的特點，激勵介質諧振器工作在多個模式來獲得多頻帶[7]。本文通過對介質諧振器左右兩端進行切割，激勵出雙模，從而實現雙頻段。通過優化介質諧振器切割尺寸的大小，最終得到4.96～5.91 GHz的帶寬（反射系數小于-10 dB）。該天線的帶寬完全覆蓋了WLAN中的5.2 GHz和5.8 GHz兩個頻段，且具有較高的增益。使得該天線在WLAN中具有較高的實用價值。

1 天線的結構設計

圖1是T型介質諧振器天線的模型。其中介質基板使用的矩形介質材料是FR4_epoxy（玻璃環氧樹脂），其相對介電常數為4.4；位于上方的介質諧振器使用的矩形介質材料是Arlon AR1000，其相對介電常數為10。接地板、微帶饋線和SMA使用的材料均是pec。

該天線關于[y]軸軸對稱，通過對介質諧振器左右兩端切割產生雙頻，而切割的尺寸[L]和[W]的大小又決定了天線的頻帶范圍，隨著切割尺寸的不同，其頻帶范圍也會發生變化。為了更好地阻抗匹配和降低加工難度，這里采用SMA同軸饋電結構。

2 天線優化與結果分析

綜上分析可知，該天線的關鍵因素就是切割尺寸[L]和[W]的大小。因此用電磁仿真軟件對介質諧振器切割尺寸[L]和[W]進行仿真優化。

從圖2（a）可以看出，切割尺寸[W]的大小與諧振點的高低成正比關系，即[W]增大，天線的頻帶整體右移。且對第二個諧振點的反射系數值改變非常明顯，對第一個諧振點的反射系數值改變較小。

從圖2（b）可以看出，切割尺寸[L]的大小與諧振點的高低也成正比關系，即[L]增大，天線的頻帶整體右移，且移動的幅度十分大，而對于諧振點的反射系數值來說，第一個諧振點的反射系數值的改變遠遠大于第二個諧振點的反射系數值的改變。

因此通過仿真優化，最終得到諧振點5.2 GHz和5.8 GHz的反射系數圖，如圖3所示。endprint

優化后的參數如下：介質諧振器的長為21 mm，寬為22.5 mm，高為20 mm；切割尺寸[L=]8 mm，[W]為15.5 mm；介質基板的長為51 mm，寬為59 mm，高為1.6 mm；微帶饋線的長為3 mm，寬為25.47 mm。如圖4所示。

從[S11]反射系數圖可以看出，該介質諧振器天線帶寬覆蓋了WLAN的5.2 GHz和5.8 GHz兩個頻段，下面對該天線的增益大小進行分析，如圖5所示為5.2 GHz和5.8 GHz時的增益圖，從圖5中可以看出下半部分的增益十分低，增益基本集中在上半部分。當[θ=0°]時，[f=5.2]GHz的天線增益為5.859 2 dBi；[f=5.8 ]GHz的天線增益為6.173 2 dBi。可以看出，兩個諧振點的增益均在6 dBi左右，這個增益能夠滿足WLAN雙頻的實際工作要求。

3 結 語

本文設計了一種滿足WLAN雙頻的T型介質諧振器天線。通過對介質諧振器左右兩端進行切割得到了雙頻帶，再通過優化仿真切割長寬使諧振點位于5.2 GHz和5.8 GHz，且在諧振點處具有很高的增益。相較于其他文獻中的WLAN雙頻具有更小的體積，同時在結構上相較于其他WLAN雙頻諧振器天線也更加簡單。

參考文獻

[1] 鐘順時，韓榮蒼，劉靜，等.介質諧振器天線研究進展[J].電波科學學報，2015，30（2）：396?408.

[2] 廖昆明，吳毅強，鄧淼，等.超寬帶單極子加載介質諧振器天線的設計[J].壓電與聲光，2012（3）：408?410.

[3] 魏明.寬頻及雙頻介質諧振天線的研究與設計[D].西安：西安電子科技大學，2014.

[4] 周洪寶.雙頻介質諧振器天線的研究[D].南昌：南昌大學，2012.

[5] 金耀.介質天線研究與設計[D].南京：南京航空大學，2013.

[6] 謝征蘭，林文斌，楊廣立.應用于WLAN的小型微帶天線[J].現代電子技術，2014，37（2）：71?73.

[7] SUN Y X， LEUNG K W. Dual?band and wideband dual?polarized cylindrical dielectric resonator antennas [J]. IEEE antennas and wireless propagation letters， 2013， 12（1921）： 384?387.endprint