一種用于WLAN的雙頻反C形CPW饋電天線(xiàn)

摘要 提出了一種新穎的由共面波導(CPW)饋電的單極子雙頻天線(xiàn)。天線(xiàn)可分別在2．5 GHz和5．5GHz頻率上諧振。該天線(xiàn)由一個(gè)反C型單極子組成，如同一個(gè)缺了一角的環(huán)形單極子，結構簡(jiǎn)單。利用HFSS仿真得到的-10dB阻抗帶寬分別為低頻部分10．4％(2．35～2．61 GHz)，高頻部分27．8％(4．96～6．46 GHz)，能夠滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)的需要。同時(shí)天線(xiàn)的體積較小可以降低成本。
關(guān)鍵詞 CPW；雙頻；反C型單極子；WLAN

近年來(lái)，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)的廣泛應用，人們隨時(shí)隨地都可以享受到便捷的無(wú)線(xiàn)通信。為了更大程度地滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，新的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)必須覆蓋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)這兒個(gè)頻段，這對天線(xiàn)工程師提出了新的要求。國內外已繹對此進(jìn)行了大量研究。文獻提出了一種半U型開(kāi)槽疊層寬帶做帶天線(xiàn)。這種天線(xiàn)結構簡(jiǎn)單并可覆蓋5．2 GHz和5．8 GHz的頻帶，但無(wú)法滿(mǎn)足IEEE802．11h在2．4 GHz頻段上使用要求。而利用共面波導饋電的終端開(kāi)路的矩形環(huán)單極子天線(xiàn)同樣是結構簡(jiǎn)單，但在5．8GHz的頻段上有所不足。文獻提出了一種E形微帶貼片和一個(gè)偶極子組成的天線(xiàn)。該天線(xiàn)雖然可以在兩個(gè)頻段內工作，但在2．4 GHz的頻帶內-10 dB阻抗帶寬不足以完全覆蓋2．400～2．484 GHz的頻率范圍。文獻提出一種G型單極子天線(xiàn)可滿(mǎn)足帶寬的需要，但11個(gè)自由量較多，使得天線(xiàn)設計較為復雜。文獻中的平板單極子天線(xiàn)利用一片有切角的矩形單極子實(shí)現了完全覆蓋WLAN的所需范圍，結構簡(jiǎn)單，然而面積過(guò)大。同時(shí)微波存取全球互通(wiMAX)所用的3．3～3．6 GHz處于WLAN的頻段之問(wèn)。為達到陷波的效果，可在一個(gè)超寬帶單極子天線(xiàn)中加入微帶線(xiàn)以起到頻段阻斷的作用?；蛘咴诠裁娌▽У某瑢拵螛O子上開(kāi)C型槽起到頻帶阻斷的作用。然而這些設計同時(shí)也增加了天線(xiàn)系統的復雜性。W．C．Liu提出了一種結構簡(jiǎn)單的雙頻CPW天線(xiàn)。
基于共面波導(CPW)的研究，文中提出了一種具有共面波導結構的反C型單極子雙頻天線(xiàn)。通過(guò)對天線(xiàn)的仿真優(yōu)化，可以看出天線(xiàn)具有體積小、結構簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，且能同時(shí)工作在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的多個(gè)頻段上。

1 天線(xiàn)設計
天線(xiàn)結構如圖1所示。圖中該天線(xiàn)是一個(gè)有缺口的環(huán)形單極子、環(huán)形單極子底部一邊采用漸變結構，這種結構使得天線(xiàn)從一個(gè)諧振頻率平坦地過(guò)渡到另一個(gè)諧振頻率上，從而實(shí)現單極子天線(xiàn)在較寬的頻帶上實(shí)現阻抗匹配。整個(gè)天線(xiàn)如同一只扳手，而其上部結構如同一個(gè)顛倒的字母C。C型結構的兩臂分別產(chǎn)生一個(gè)諧振頻率。該天線(xiàn)可看作一個(gè)長(cháng)為(L1+T+L2)，寬為(W1+W2+W3)環(huán)形單極子減去左上角的部分所形成的。天線(xiàn)采用共面波導饋電，特征阻抗為50 Ω，微帶饋線(xiàn)寬度Wf，饋線(xiàn)和地板之間的縫隙寬度為g。地板的長(cháng)寬分別為L(cháng)，W。

天線(xiàn)設計在一塊相對介電常數為4．4，厚度為1．6 mm的FR4介質(zhì)基板上。天線(xiàn)總尺寸為36 mm×28．6 mm×1．6 mm。天線(xiàn)分別諧振在2．5 GHz和5．5 GHz，并覆蓋了IEEE802．11 a／b／g中所規定的WLAN的工作波段。

2 仿真結果和分析
利用Ansoft HFSS進(jìn)行優(yōu)化，可得到較好的天線(xiàn)性能。天線(xiàn)的幾何參數如下：Wf=3mm，g=0．5mm，L=17mm，W=1mm，Ls=36mm，Ws=28．6 mm，L1=1．5 mm，T=1．5 mm，W1=14．5mm，L2=12 mm，W2=0．5 mm，L3=5．5 mm，W3=1 mm，L4=9 mm，W4=0．5 mm，L5=2 mm。Wf、g分別取3 mm，1 mm使得天線(xiàn)的CPW傳輸線(xiàn)的阻抗為50 Ω。通過(guò)HFSS仿真得到天線(xiàn)的S11仿真結果，如圖2所示?？煽闯鎏炀€(xiàn)獲得-10 dB同波損耗的兩個(gè)頻段，分別是低頻段2．35～2．62 GHz和高頻段4．25～6．30 GHz。這兩個(gè)頻段覆蓋了IEEE 802．11a／b／g，并避開(kāi)了WiMax的頻段。令天線(xiàn)的兩個(gè)諧振頻率分別為f1，f2(f1低于f2)。

在天線(xiàn)的其他參數不變的情況下，幾個(gè)重要參數分別改變對天線(xiàn)的影響。圖3所示的是L3的變化對于天線(xiàn)性能的影響。在天線(xiàn)其他參數不變的情況下，隨著(zhù)L3的增大，高頻部分的有效帶寬從無(wú)到有，并且帶寬逐漸增大。從圖中可以看出當L3小于一定的長(cháng)度時(shí)，天線(xiàn)就無(wú)法覆蓋5．15～5．35 GHz，5．725～5．825 GHz這兩個(gè)WLAN所需的頻段。L3改變同時(shí)也會(huì )對低頻部分產(chǎn)生影響。當L3增大時(shí)，低頻部分的帶寬逐漸減小，f1平移到更低的頻率上。所以在權衡高低頻帶寬時(shí)，L3的長(cháng)度選為5．5 mm。