新型WLAN平面倒F雙頻天線(xiàn)的設計

l 引 言
隨著(zhù)IEEE 802．1la(5．15～5．35 GHz，5．725～5．825 GHz)和IEEE 802．11b／g(2．4～2．48 GHz)標準的提出，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)通信技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。與此同時(shí)，對WLAN天線(xiàn)的需求也逐步增多。無(wú)論是手機，微型計算機，個(gè)人電腦的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡還是各種各樣的遠程感應設備，都需要體積小、重量輕的小型化天線(xiàn)。同時(shí)，為了適應各種復雜的環(huán)境，還要求天線(xiàn)具備良好的全向性能。
平面倒F天線(xiàn)(PIFA)是一種具有水平和垂直兩種極化特性的天線(xiàn)，具有小型化、結構緊湊便于內置、加工制作簡(jiǎn)單、成本低，且后向輻射小、比吸收率(SAR)值低等特點(diǎn)，因而在目前的移動(dòng)通信系統，尤其是移動(dòng)終端中被廣泛采用。在PIFA天線(xiàn)貼片上加載縫隙結構可以實(shí)現雙頻或多頻功能?？p隙的形狀由傳統的矩形槽演變成特性更好的U形，L形，E形等。在形狀多樣化的同時(shí)，PIFA天線(xiàn)的功能也日益多樣化，其中應用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的PIFA天線(xiàn)已成為當今研究的熱點(diǎn)。文獻提出了一種可以?xún)戎迷谲浖分械腜IFA，應用頻段在2．3／5．5GHz，阻抗帶寬分別為840 MHz和1 010 MHz，但是天線(xiàn)增益相對較小，在低頻部分(1．88～2．75 GHz)為1.3～2．5 dBi，在高頻部分(4．89～5．9 GHz)為3．1～4．5 dBi。
文獻提出了一種通過(guò)加載諧振單元來(lái)減少雙頻自耦合現象的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)天線(xiàn)，但在5．2 GHz的阻抗帶寬為310 MHz，相對較窄，不能完全覆蓋5．15～5．825 GHz的WLAN頻段。
本文提出了一種新型的F形槽雙頻平面倒F天線(xiàn)，并通過(guò)加載階梯形槽有效增大了天線(xiàn)的阻抗帶寬，在藍牙頻段阻抗帶寬達到300 MHz(2．21～2．51 GHz)，在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)頻段阻抗帶寬達到1 070 MHz(4．95～6．02 GHz)，能夠完全覆蓋IEEE 802．1la和IEEE 802．1lb／g相對應的工作頻段。該天線(xiàn)結構緊湊，天線(xiàn)高度為7 mm，可以方便地植入無(wú)線(xiàn)通信設備中，有較強的實(shí)用性。天線(xiàn)具有良好的全向性能，滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡全向天線(xiàn)的要求。天線(xiàn)的增益在低頻部分(2．2l～2．51 GHz)達到3．1～3．6 dBi，在高頻部分(4．95～6．02 GHz)達到6．1～6．7 dBi。

2 天線(xiàn)結構與參數分析
天線(xiàn)的結構如圖l所示，輻射貼片和地板均由厚度為O．2 mm的銅片制成。地板的尺寸為47．5 mm×20 mm，輻射貼片的尺寸為27．5 mm×11 mm×7 mm。輻射貼片與地板之間不存在除空氣以外的其他介質(zhì)，貼片由短路針和同軸饋電結構共同支撐。饋電方式采用50Ω同軸直接饋電。天線(xiàn)的阻抗匹配可以通過(guò)調節饋電點(diǎn)和短路針的位置來(lái)實(shí)現。在不減弱天線(xiàn)輻射性能的前提下，為了使天線(xiàn)可以方便地植入系統內部，本文采取開(kāi)一個(gè)“F”型槽來(lái)增加天線(xiàn)的電長(cháng)度，從而滿(mǎn)足天線(xiàn)的小型化要求，增加天線(xiàn)的帶寬。如圖1(a)所示，整個(gè)輻射貼片被短路針?lè )殖闪藘蓚€(gè)輻射單元：從饋點(diǎn)到短路針部分的電流路徑A和從短路針到貼片開(kāi)路端部分的電流路徑B。這兩個(gè)輻射單元決定著(zhù)天線(xiàn)的諧振頻率，可以由以下公式近似計算：