雙頻微帶天線的設(shè)計與實現(xiàn)

亓協(xié)興，宋高磊，張文晶，孫思楊，王雪煜

（1.洛陽師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院，河南 洛陽 471934；2.“電磁傳輸與探測”河南省重點實驗室，河南 洛陽 471934）

IEEE 802.11n傳輸協(xié)議規(guī)劃了2.4GHz與5GHz兩個頻段，現(xiàn)實應(yīng)用的WLAN也大都符合此標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)較為成熟。微帶天線具有體積小、重量輕、低剖面、易與載體表面共形、制造工藝簡單和成本低等諸多優(yōu)點，在移動通信、航天航空、導(dǎo)彈等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1-4]。另外，室內(nèi)短距離通信，比如藍牙通信、射頻識別、無線鼠標(biāo)等都需要小型化天線[5-9]，這些需求給微帶天線提供了廣闊的應(yīng)用平臺。

鑒于以上原因，將微帶天線與802.1n協(xié)議相結(jié)合，設(shè)計一款滿足此協(xié)議的雙頻微帶天線，使用此天線，可以工作在兩個頻段，減少了天線數(shù)量，便于設(shè)備集成化與小型化，降低工業(yè)成本。

1.天線設(shè)計

天線的設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。此天線采用介電常數(shù)為4.4的FR4為介質(zhì)板，厚度為1.5mm，長寬均為40mm。饋電方式為50Ω微帶側(cè)饋。接地板在介質(zhì)板底部，為長Gl、寬Gw的長方形理想導(dǎo)電體。由于天線工作在兩個頻段，因此設(shè)計中采用兩個長度不等的單臂[10]，較長的右臂工作在2.4GHz頻段，較短的左臂工作在5GHz頻段，兩臂均在介質(zhì)板上部，且與微帶饋電線相連。天線各部分的尺寸如表1所示。

圖1 天線結(jié)構(gòu)圖

表1 天線各部尺寸

2.天線仿真分析

經(jīng)過不斷的優(yōu)化仿真，得出滿足雙頻段工作的主要參數(shù)。從圖2可以看出，在2.4GHz與5GHz頻段內(nèi)各有一個諧振點。天線的輸入端反射系數(shù)在工作頻段內(nèi)均低于-10dB，尤其是在諧振點出能達到-30dB。圖3為E面和H面方向圖。圖中內(nèi)部“8”字形為E面方向圖，外部圓圈為H面方向圖?？梢钥闯觯颂炀€輻射近似為全向，能夠?qū)崿F(xiàn)廣域覆蓋。

圖2 輸入端反射系數(shù)

圖3 E面和H面

3.天線測量

根據(jù)設(shè)計模型制作出天線實物（圖4），焊接通用SMA接口，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行單端口測量。測量結(jié)果如圖5與圖6所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，輸入端反射系數(shù)基本與仿真結(jié)果一致，同時工作頻段內(nèi)的駐波比也滿足工程要求。

圖4 天線實物

圖5 駐波比

4.結(jié)語

本文設(shè)計了一款基于IEEE 802.11n無線傳輸協(xié)議的雙頻微帶天線。采用FR4介質(zhì)板制作的天線實物，經(jīng)測量后發(fā)現(xiàn)多個工程參數(shù)與仿真結(jié)果一致，滿足行業(yè)要求，具有一定的實際應(yīng)用價值。