雙頻微帶天線的設計與實現

亓協興，宋高磊，張文晶，孫思楊，王雪煜

（1.洛陽師范學院物理與電子信息學院，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傳輸協議規劃了2.4GHz與5GHz兩個頻段，現實應用的WLAN也大都符合此標準，技術較為成熟。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點，在移動通信、航天航空、導彈等領域得到了廣泛的應用[1-4]。另外，室內短距離通信，比如藍牙通信、射頻識別、無線鼠標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用平臺。

鑒于以上原因，將微帶天線與802.1n協議相結合，設計一款滿足此協議的雙頻微帶天線，使用此天線，可以工作在兩個頻段，減少了天線數量，便于設備集成化與小型化，降低工業成本。

1.天線設計

天線的設計結構如圖1所示。此天線采用介電常數為4.4的FR4為介質板，厚度為1.5mm，長寬均為40mm。饋電方式為50Ω微帶側饋。接地板在介質板底部，為長Gl、寬Gw的長方形理想導電體。由于天線工作在兩個頻段，因此設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 天線結構圖

表1 天線各部尺寸

2.天線仿真分析

經過不斷的優化仿真，得出滿足雙頻段工作的主要參數。從圖2可以看出，在2.4GHz與5GHz頻段內各有一個諧振點。天線的輸入端反射系數在工作頻段內均低于-10dB，尤其是在諧振點出能達到-30dB。圖3為E面和H面方向圖。圖中內部“8”字形為E面方向圖，外部圓圈為H面方向圖。可以看出，此天線輻射近似為全向，能夠實現廣域覆蓋。

圖2 輸入端反射系數

圖3 E面和H面

3.天線測量

根據設計模型制作出天線實物（圖4），焊接通用SMA接口，利用矢量網絡分析儀進行單端口測量。測量結果如圖5與圖6所示。可以發現，輸入端反射系數基本與仿真結果一致，同時工作頻段內的駐波比也滿足工程要求。

圖4 天線實物

圖5 駐波比

4.結語

本文設計了一款基于IEEE 802.11n無線傳輸協議的雙頻微帶天線。采用FR4介質板制作的天線實物，經測量后發現多個工程參數與仿真結果一致，滿足行業要求，具有一定的實際應用價值。