1 引言

近年來(lái)，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展，雙頻及多頻工作的天線(xiàn)日益受到重視。由于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)開(kāi)放的頻段，在無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)中有著(zhù)非常重要的應用。為了能在同一天線(xiàn)上實(shí)現2.402GHz—2.482GHz(IEEE802.11b/g)和5.15GHz—5.87GHz (IEEE802.11a)的頻段覆蓋，雙頻或多頻天線(xiàn)應運而生。CPW結構具有工作頻帶寬、單一金屬層、易于與有源設備或MMIC集成等優(yōu)點(diǎn)，CPW饋電的天線(xiàn)已被很多人設計應用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)通信。介紹了多種雙頻單極子，但它們共同的缺點(diǎn)是阻抗帶寬比較窄。天線(xiàn)需要一短路探針連接地面和印刷單極子，這樣增加了設計的復雜性以及制作成本。

本文給出了一種小型化的應用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的CPW饋電G型單極子雙頻天線(xiàn)。天線(xiàn)的整體結構尺寸為22×18.5×1.6mm³，約為文獻[5]的1/5、文獻[6]的2/9。在WLAN(分別為2.402GHz-2.482GHz (IEEE802.11b/g)和5.15GHz-5.87GHz(IEEE802.11a))頻段內達到頻帶工作要求，且輻射方向圖滿(mǎn)足全向性

2 天線(xiàn)設計與仿真

圖1為雙頻G型天線(xiàn)的結構圖。介質(zhì)基板為FR4，厚度為1.6mm，介電常數為4.4。天線(xiàn)的輻射單元類(lèi)似于G型，采用CPW饋電方式。天線(xiàn)的結構尺寸先采用基于有限元的全波仿真軟件HFSS優(yōu)化得到。G型天線(xiàn)金屬條帶寬度為2mm，與CPW饋電結構的中心信號線(xiàn)尺寸一致，CPW結構的槽寬為0.2mm，剛好為標準的50共面波導。天線(xiàn)整體優(yōu)化后得到的天線(xiàn)尺寸為：l1=5mm,l2=10.5mm,l3=11mm,l4=4.5mm,l5=7mm,l6=4mm,W_sub=18.5mm,L_sub=22mm。

(a)

(b)

圖1 天線(xiàn)的幾何結構圖(a) 俯視圖 (b)前視圖

G型天線(xiàn)單元有兩個(gè)不同的諧振路徑，分別為l路徑L1等于l₁+ l₂+ l₃+l₄和路徑L2等于l₅ + l₆。這兩個(gè)不同的路徑長(cháng)度L1,L2分別接近2.4GHz和5.2GHz的四分之一波長(cháng)。通過(guò)調節L1的長(cháng)度使天線(xiàn)諧振于2.4GHz工作頻段，同樣的通過(guò)調節L2的長(cháng)度使天線(xiàn)諧振于5.2GHz工作頻段。另外，通過(guò)全局優(yōu)化天線(xiàn)的結構尺寸(l1,l2,l3,l4,l5,l6，S)可以改善2.4GHz和5GHz的頻帶寬度。通過(guò)調節l6的長(cháng)度，可以有效的展寬5GHz頻段的寬度。通過(guò)調節l4的長(cháng)度，可以有效的展寬2.4GHz頻段的寬度。另外，通過(guò)適當調整兩個(gè)諧振路徑的相對位置，可以改善天線(xiàn)的輻射特性。

3 實(shí)驗結果及討論

圖2為制作的天線(xiàn)實(shí)物。使用Agilent E5071B網(wǎng)絡(luò )分析儀天線(xiàn)的回波損耗進(jìn)行了測量，結果如圖3所示。圖中同時(shí)給出了仿真計算曲線(xiàn)，可見(jiàn)，兩者在工作頻段內吻合的較好。測量得到的在2.4GHz和5GHz的-10dB測量阻抗帶寬分別為22.9%(2.17 GHz －2.72GHz，中心頻率為2.42GHz)和50.9%(5.0GHz－7.85GHz，中心頻率為5.60GHz)，滿(mǎn)足雙頻WLAN應用所需頻段要求。

在2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz三個(gè)頻點(diǎn)上測量得到的輻射方向圖分別如圖4、圖5和圖6所示?？梢郧宄目闯?，在三個(gè)頻點(diǎn)上的輻射方向圖都類(lèi)似全向性。在yoz面，在2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz 的輻射方向圖更接近于全向性。圖7為天線(xiàn)的測量增益，圖7(a)為2.4GHz頻段的增益頻響曲線(xiàn)，增益的最大值為1.56dBi;圖7(b)為5GHz頻段的增益頻響曲線(xiàn)，增益的最大值為4.8dBi.

圖2 天線(xiàn)實(shí)物圖

圖3 天線(xiàn)的測量與仿真回波損耗

(a) xoy面

(b) xoz面

(c) yoz面

圖4 天線(xiàn)2.4GHz時(shí)的輻射方向圖

(—co-pol,----cross-pol)

(a) xoy面

(b)xoz面

(c)yoz面

圖5 天線(xiàn)5.2GHz時(shí)的輻射方向圖

(—co-pol,----cross-pol)

(a) xoy面

(b) xoz面

(c) yoz面

圖6 天線(xiàn)5.8GHz時(shí)的輻射方向圖

(—co-pol,----cross-pol)

(a)

(b)

圖7 天線(xiàn)的測量增益頻響曲線(xiàn)

(a)2.4GHz (b)5GHz

4 結論

本文設計并實(shí)測了一種小型化的CPW饋電G型單極子雙頻天線(xiàn)。該天線(xiàn)的主要特點(diǎn)是結構尺寸小，5GHz頻段的工作帶寬很寬。通過(guò)優(yōu)化G型天線(xiàn)結構兩個(gè)不同的諧振路徑長(cháng)度，可以方便的激起兩種諧振模。