資料介紹
1 引言
近年來,隨著無線局域網技術迅猛發展,雙頻及多頻工作的天線日益受到重視。由于無線局域網(WLAN)開放的頻段,在無線通信技術中有著非常重要的應用。為了能在同一天線上實現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集成等優點,CPW饋電的天線已被很多人設計應用于無線局域網通信。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線局域網的CPW饋電G型單極子雙頻天線。天線的整體結構尺寸為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,且輻射方向圖滿足全向性
2 天線設計與仿真
圖1為雙頻G型天線的結構圖。介質基板為FR4,厚度為1.6mm,介電常數為4.4。天線的輻射單元類似于G型,采用CPW饋電方式。天線的結構尺寸先采用基于有限元的全波仿真軟件HFSS優化得到。G型天線金屬條帶寬度為2mm,與CPW饋電結構的中心信號線尺寸一致,CPW結構的槽寬為0.2mm,剛好為標準的50共面波導。天線整體優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。
(a)
(b)
圖1 天線的幾何結構圖(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。通過調節L1的長度使天線諧振于2.4GHz工作頻段,同樣的通過調節L2的長度使天線諧振于5.2GHz工作頻段。另外,通過全局優化天線的結構尺寸(l1,l2,l3,l4,l5,l6,S)可以改善2.4GHz和5GHz的頻帶寬度。通過調節l6的長度,可以有效的展寬5GHz頻段的寬度。通過調節l4的長度,可以有效的展寬2.4GHz頻段的寬度。另外,通過適當調整兩個諧振路徑的相對位置,可以改善天線的輻射特性。
近年來,隨著無線局域網技術迅猛發展,雙頻及多頻工作的天線日益受到重視。由于無線局域網(WLAN)開放的頻段,在無線通信技術中有著非常重要的應用。為了能在同一天線上實現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集成等優點,CPW饋電的天線已被很多人設計應用于無線局域網通信。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線局域網的CPW饋電G型單極子雙頻天線。天線的整體結構尺寸為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,且輻射方向圖滿足全向性
2 天線設計與仿真
圖1為雙頻G型天線的結構圖。介質基板為FR4,厚度為1.6mm,介電常數為4.4。天線的輻射單元類似于G型,采用CPW饋電方式。天線的結構尺寸先采用基于有限元的全波仿真軟件HFSS優化得到。G型天線金屬條帶寬度為2mm,與CPW饋電結構的中心信號線尺寸一致,CPW結構的槽寬為0.2mm,剛好為標準的50共面波導。天線整體優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。
(a)
(b)
圖1 天線的幾何結構圖(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。通過調節L1的長度使天線諧振于2.4GHz工作頻段,同樣的通過調節L2的長度使天線諧振于5.2GHz工作頻段。另外,通過全局優化天線的結構尺寸(l1,l2,l3,l4,l5,l6,S)可以改善2.4GHz和5GHz的頻帶寬度。通過調節l6的長度,可以有效的展寬5GHz頻段的寬度。通過調節l4的長度,可以有效的展寬2.4GHz頻段的寬度。另外,通過適當調整兩個諧振路徑的相對位置,可以改善天線的輻射特性。
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