小型化CPW饋電G型雙頻天線分析

　1 引言
　　近年來，隨著無線局域網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展，雙頻及多頻工作的天線日益受到重視。由于無線局域網(wǎng)（WLAN）開放的頻段，在無線通信技術(shù)中有著非常重要的應(yīng)用。為了能在同一天線上實現(xiàn)2.402GHz—2.482GHz（IEEE802.11b/g）和5.15GHz—5.87GHz （IEEE802.11a）的頻段覆蓋，雙頻或多頻天線應(yīng)運而生。CPW結(jié)構(gòu)具有工作頻帶寬、單一金屬層、易于與有源設(shè)備或MMIC集成等優(yōu)點，CPW饋電的天線已被很多人設(shè)計應(yīng)用于無線局域網(wǎng)通信。介紹了多種雙頻單極子，但它們共同的缺點是阻抗帶寬比較窄。天線需要一短路探針連接地面和印刷單極子，這樣增加了設(shè)計的復(fù)雜性以及制作成本。
　　本文給出了一種小型化的應(yīng)用于無線局域網(wǎng)的CPW饋電G型單極子雙頻天線。天線的整體結(jié)構(gòu)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(nèi)達到頻帶工作要求，且輻射方向圖滿足全向性
　　2 天線設(shè)計與仿真
　　圖1為雙頻G型天線的結(jié)構(gòu)圖。介質(zhì)基板為FR4，厚度為1.6mm，介電常數(shù)為4.4。天線的輻射單元類似于G型，采用CPW饋電方式。天線的結(jié)構(gòu)尺寸先采用基于有限元的全波仿真軟件HFSS優(yōu)化得到。G型天線金屬條帶寬度為2mm，與CPW饋電結(jié)構(gòu)的中心信號線尺寸一致，CPW結(jié)構(gòu)的槽寬為0.2mm，剛好為標(biāo)準(zhǔn)的50共面波導(dǎo)。天線整體優(yōu)化后得到的天線尺寸為：l1=5mm，l2=10.5mm，l3=11mm，l4=4.5mm，l5=7mm，l6=4mm，W_sub=18.5mm，L_sub=22mm。
　　
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　　圖1 天線的幾何結(jié)構(gòu)圖（a） 俯視圖 （b）前視圖
　　G型天線單元有兩個不同的諧振路徑，分別為l路徑L1等于l1+ l2+ l3+l4和路徑L2等于l5 + l6。這兩個不同的路徑長度L1，L2分別接近2.4GHz和5.2GHz的四分之一波長。通過調(diào)節(jié)L1的長度使天線諧振于2.4GHz工作頻段，同樣的通過調(diào)節(jié)L2的長度使天線諧振于5.2GHz工作頻段。另外，通過全局優(yōu)化天線的結(jié)構(gòu)尺寸（l1，l2，l3，l4，l5，l6，S）可以改善2.4GHz和5GHz的頻帶寬度。通過調(diào)節(jié)l6的長度，可以有效的展寬5GHz頻段的寬度。通過調(diào)節(jié)l4的長度，可以有效的展寬2.4GHz頻段的寬度。另外，通過適當(dāng)調(diào)整兩個諧振路徑的相對位置，可以改善天線的輻射特性。
　　3 實驗結(jié)果及討論
　　圖2為制作的天線實物。使用Agilent E5071B網(wǎng)絡(luò)分析儀天線的回波損耗進行了測量，結(jié)果如圖3所示。圖中同時給出了仿真計算曲線，可見，兩者在工作頻段內(nèi)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），滿足雙頻WLAN應(yīng)用所需頻段要求。
　　在2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz三個頻點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目闯觯谌齻€頻點上的輻射方向圖都類似全向性。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為天線的測量增益，圖7（a）為2.4GHz頻段的增益頻響曲線，增益的最大值為1.56dBi;圖7（b）為5GHz頻段的增益頻響曲線，增益的最大值為4.8dBi.