一種多頻帶印刷單極子天線(xiàn)的設計

摘要 提出了一種小型化的用于WLAN/WiMax通信系統的多頻帶印刷單極子天線(xiàn)。通過(guò)改進(jìn)雙“G”形的振子結構，使天線(xiàn)能在2.4 GHz，3.5 GHz和5.5 GHz諧振，實(shí)現2.4/5.2/5.8 GHz wLAN和3.5/5.5 GHz WiMax頻帶的覆蓋。對加工后的天線(xiàn)模型測試表明，天線(xiàn)在工作頻帶內具有較寬的阻抗帶寬和較好的輻射特性。因此，該天線(xiàn)可以應用在多頻帶無(wú)線(xiàn)通信系統中。

關(guān)鍵詞 多頻帶;單板子天線(xiàn);WLAN;WiMax

隨著(zhù)通信容量和信息傳輸速率的不斷提高，人們對通信技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步提出了更多、更高的要求。而天線(xiàn)是移動(dòng)通信系統中不可或缺的關(guān)鍵部件，已成為通信終端中的重要部件。

現今的無(wú)線(xiàn)通信設備種類(lèi)繁多，集成了多種系統模塊，并能穩定、高效地工作。因此，如何使終端天線(xiàn)能夠在這些網(wǎng)絡(luò )頻帶范圍內工作，減少天線(xiàn)間的干擾，降低制作成本，實(shí)現多系統共用以及收發(fā)共用成為主要研究方向。

本文提出了一種可用于WLAN和WiMax無(wú)線(xiàn)通信系統的三頻帶印刷單極子天線(xiàn)。通過(guò)在微帶板上蝕刻的雙“G”形輻射貼片，使得天線(xiàn)覆蓋2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和3.5/5.5 GHz WiMax頻帶，并在帶內具有較好的全向輻射特性。

1 天線(xiàn)的設計與結構

三頻帶印刷單極子天線(xiàn)的結構如圖1所示。天線(xiàn)印刷在相對介電常數為4.4，厚度為1 mm的FR4介質(zhì)基板上，整體尺寸為37 mm×18 mm。饋電部分是50 Ω的微帶線(xiàn)，其中微帶線(xiàn)寬度為2 mm，并與SMA型同軸連接器相連。天線(xiàn)正面是對稱(chēng)的雙“G”形輻射貼片，背面全部為介質(zhì)。通過(guò)調節輻射貼片臂B1、B2、B3的長(cháng)度，可使得天線(xiàn)工作在2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和5.5 GHz WiMax頻帶。同時(shí)，為使得天線(xiàn)獲得較好的輻射性能和增益，天線(xiàn)輻射貼片的臂均為完全對稱(chēng)結構。

為考察結構尺寸對天線(xiàn)電性能的影響，采用AnsoftHFSS V13對設計的天線(xiàn)進(jìn)行了仿真，經(jīng)過(guò)加工調試，天線(xiàn)的尺寸如下：L=37 mm，L1=18 mm，L2=15 mm，L3=11 mm，L4=14 mm，L5=16 mm，L6=15 mm，W=18 mm，W1=2 mm，W2=3 mm，W3=2 mm，W4=3 mm，H=1 mm。

2 結果分析

圖2～圖4分別給出了參數L2、L3和L5取不同值時(shí)，天線(xiàn)回波損耗的仿真結果，可以看出分別調節雙“G”形輻射貼片的臂長(cháng)即更改參數L2、L3和L5的取值可以改變天線(xiàn)相對應諧振頻帶的位置，且基本不會(huì )影響其他頻段的工作帶寬。因此，通過(guò)調節輻射貼片的臂長(cháng)，可以使得天線(xiàn)覆蓋2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和3.5/5.5 GHz WiMax頻帶。

為驗證輻射貼片對天線(xiàn)性能的影響，圖5給出了包含不同輻射貼片臂時(shí)，天線(xiàn)回波損耗的仿真結果?？梢钥闯?，引入3個(gè)輻射貼片臂后，天線(xiàn)可以獲得3個(gè)工作頻帶，并且不同臂彼此之間影響比較小。

利用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀Agilent—E5071 B對加工后的天線(xiàn)模型進(jìn)行了測試。天線(xiàn)回波損耗的實(shí)測和仿真結果對比如圖6所示。天線(xiàn)回波損耗的實(shí)測與仿真結果基本吻合，之間的差異主要是在高頻段，應該是由于加工誤差和測量環(huán)境等引起的。測試結果表明，天線(xiàn)模型回波損耗-10 dB的工作頻帶為2.3～2.50 GHz、3.17～4.11 CHz和4.82～7.14 GHz，滿(mǎn)足2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和3.5/5.5 GHz WiMax對工作帶寬的基本要求。

圖7分別給出了2.45 GHz、3.5GHz和5.5 GHz頻點(diǎn)處的實(shí)測遠場(chǎng)方向圖。在y-z平面內(E面)，天線(xiàn)輻射方向圖具有類(lèi)似單極子天線(xiàn)的方向圖;在x-y面(H面)內，天線(xiàn)輻射方向圖接近全向。

圖8給出了天線(xiàn)在工作頻帶內的實(shí)測增益曲線(xiàn)。如圖所示，天線(xiàn)在2.45 GHz、3.5 GHz、5.5 GHz的峰值增益分別是2.12 dB、2.44 dB和3.44 dB，帶內增益滿(mǎn)足WLAN和WiMax通信的要求。

3 結束語(yǔ)

本文提出了一種小型化的用于WLAN/WiMax通信系統的多頻帶印刷單極子天線(xiàn)。利用雙“G”形的輻射貼片，使得天線(xiàn)形成3個(gè)諧振頻帶，即2.4 GHz、3.5 GHz和5 GHz。實(shí)測結果表明天線(xiàn)滿(mǎn)足2.4/5.2/5.8 CHzWLAN和3.5/5.5 GHz WiMax頻帶的阻抗帶寬，并具有良好的全向輻射特性，該天線(xiàn)可以應用在無(wú)線(xiàn)多頻帶通信系統中。