摘要：本文提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、寬帶雙頻、共面波導(dǎo)饋電的單極子天線，本天線采用50歐姆的SMA接頭對(duì)其進(jìn)行饋電，印刷集成在一個(gè)22×35mm2的介質(zhì)基板上，覆蓋了無線局域網(wǎng)(WLAN)的2．4-，5．2-，5．8-GHz三個(gè)頻帶，并且具有良好的阻抗匹配特性。此天線的低諧振模式在VSWR<2時(shí)的阻抗帶寬為320MHz(2．38到2．70GHz)，滿足了2．4-GHz WLAN工作頻段(2．400-2．484GHz)；此外，天線的高諧振模式在VSWR<2時(shí)的阻抗帶寬為2．480GHz(3．580到6．060GHz)，包含了5．2-GHz的HIPERLAN頻段(5．150到5．350GHz)和5．8-GHz的WLAN頻段(5．725到5．852GHz)。
關(guān)鍵詞：共面波導(dǎo)饋電；無線局域網(wǎng)；雙頻段天線；寬頻帶；低剖面

0 引言
    近年來，隨著無線通信和移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)終端設(shè)備使用越來越廣泛，無線局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)也廣泛應(yīng)用在筆、手機(jī)、手持終端、汽車中。隨著IEEE802．11 a(5．15～5．3 5GHz，5．725～5．825GHz)和802．11b／g(2．4～2．4835GHz)標(biāo)準(zhǔn)的提出，WLAN得到了迅猛發(fā)展。與此同時(shí)對(duì)WLAN天線的要求也越來越高，要求其體積小、重量輕、生產(chǎn)加工便捷、天線成本低廉，同時(shí)在功能上要求使用頻寬較寬以及有雙頻性能以同時(shí)達(dá)到802．11a／b／g標(biāo)準(zhǔn)要求。所以，近年來對(duì)小型化的多頻段WLAN天線的研究大量涌現(xiàn)。
    無線系統(tǒng)都是用來傳輸高速數(shù)據(jù)的，即要求天線具有很高的帶寬。同時(shí)隨著電路集成度的提高，系統(tǒng)對(duì)天線的體積有著苛刻的要求，物理空間的限制成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮的重要因素。隨著天線尺寸的減小，天線效率會(huì)顯著降低，帶寬也會(huì)隨之變窄。如何在天線帶寬等性能受尺寸限制的情況下，設(shè)計(jì)出寬帶小型化的天線是個(gè)難點(diǎn)。
    傳統(tǒng)的單極子天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易饋電，但是其工作頻帶很窄，無法滿足WLAN的頻帶寬度。而且在很多需婁低剖面、緊結(jié)構(gòu)、小型化、易集成的天線的情況下，就更難勝任了。后來出現(xiàn)了平面單極子天線，雖然滿足了小型化、低剖面問題，但是帶寬窄的先天劣勢(shì)無法避免。近些年來，共面波導(dǎo)饋電的天線在WLAN天線設(shè)計(jì)中受到了很多的關(guān)注，因?yàn)樗鼡碛袑拵?、良好的阻抗匹配、?jiǎn)單的單層金屬結(jié)構(gòu)、容易與有源器件或者單片微波集成電路(MMIC)合成等特點(diǎn)。在一些現(xiàn)有的該天線設(shè)計(jì)中，存在小型化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、多頻段和寬頻帶之間的矛盾。本文所提出的天線是在原有基礎(chǔ)上，加入了天線陣的概念，強(qiáng)化了輻射強(qiáng)度的同時(shí)，有效地展寬了頻帶，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)過大量的仿真優(yōu)化，成功設(shè)計(jì)出了一種新穎的應(yīng)用于現(xiàn)代WLAN通信的天線。

1 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    本文設(shè)計(jì)出的天線結(jié)構(gòu)如圖1所示。此天線的輻射面和地面印刷在22×35mm2、相對(duì)介電常數(shù)εr=4．4的介質(zhì)板上，介質(zhì)板厚度為H=1．6 mm。天線由50 Ω SMA連接器進(jìn)行饋電。天線的輻射單元有兩部分組成，左邊部分包括兩個(gè)W6、L3和W8／2共四個(gè)貼片，產(chǎn)生低諧振頻率，右邊部分包括四個(gè)豎直片和W8／2共五個(gè)貼片，產(chǎn)生高的諧振頻率。根據(jù)單極子的工作原理，諧振時(shí)的長(zhǎng)度為波長(zhǎng)的四分之一。左邊長(zhǎng)度(W6+L3+ W8／2)設(shè)置為諧振頻率為2．54GHz時(shí)波長(zhǎng)的四分之一，右邊長(zhǎng)度(L9+W8／2)設(shè)置為諧振頻率為4．82GHz時(shí)波長(zhǎng)的四分之一。為了加強(qiáng)輻射強(qiáng)度并且增大帶寬，運(yùn)用天線陣的概念，兩部分都增加了相近的輻射貼片。由于耦合效應(yīng)的存在，兩部分長(zhǎng)度需進(jìn)行微調(diào)。

2 仿真結(jié)果
    天線結(jié)構(gòu)中參數(shù)的變化將會(huì)對(duì)頻段位置、帶寬有較大影響，本文著重討論了貼片長(zhǎng)度W6以及貼片高度差L8對(duì)回波損耗的影響。圖2表明貼片的長(zhǎng)度W6對(duì)高頻諧振沒有影響，對(duì)低頻有一定影響，從圖中看出，W6小了，頻帶不能包括頻點(diǎn)2．4GHz；W6大了，帶寬變窄。從圖3可見，貼片的高度差L8對(duì)高頻有一定影響，并且通過耦合效應(yīng)影響低頻帶寬。

    對(duì)以上參數(shù)優(yōu)化，最終確定了最優(yōu)的天線參數(shù)如表1所示。

    圖5給出了優(yōu)化后天線回波損耗的仿真結(jié)果，表明此天線完全覆蓋了WLAN頻段，并且具有很高的帶寬。

    圖6、圖7、圖8分別給出了對(duì)天線進(jìn)行仿真后得到的2．44GHz、5．2GHz、5．8GHz頻率下的方向圖，表明天線在水平平面(y-zplane)內(nèi)基本具有全頻帶的輻射全向性。

3 結(jié)果分析及結(jié)論
    本文根據(jù)共面波導(dǎo)饋電天線的特點(diǎn)和單極子天線的工作原理，在大量仿真實(shí)驗(yàn)之后，設(shè)計(jì)出了一種應(yīng)用于WLAN的平面天線。文中對(duì)天線的部分參數(shù)做了具體討論優(yōu)化，并給出了優(yōu)化后的天線仿真方向圖，基本符合單極子天線輻射圖樣，在WLAN的工作頻帶內(nèi)滿足全向覆蓋要求。