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新型WLAN平面倒F双频天线的设计
来源:本站整理  作者:佚名  2009-03-26 15:03:41



 这里,c为真空中光速,l和w为辐射单元的长度和宽度,f0为辐射单元的谐振频率。通过计算,我们取路径A的长度约为12 mm,使其谐振在5.5 GHz频段;取路径B的长度约为32 mm,使其谐振在2.4 GHz频段。
    采用Ansoft公司的电磁仿真软件HFSS 10.0对天线进行仿真。通过调节短路针的位置L1以及辐射贴片开路端的长度L4使天线谐振在2.4/5 GHz蓝牙和无线局域网频段。由图1(a)可知,在固定L4不变的情况下(取L4=16 mm),以ra为基准线,改变短路针的位置L1会同时改变电流路径A和电流路径B的长度。当减小L1的长度时(L1=10 mm),路径B的长度变长,如图2所示,低频段向左移动。与此同时,路径A的长度变短,高频段向右移动。当L1变长时(L1=14 mm),则得到相反的结果。相似的原理,在固定L1不变的情况下(取L1=12 mm),以rb为基准线,调节L4的长度改变了低频部分的电流长度,而高频部分的电流长度保持不变,如图3所示。综上可知,路径B和路径A分别控制着2.4 GHz和5 GHz频段。最终仿真优化的结果取L1=12 mm,L4=16 mm。

调试完两个谐振频率点后发现:低频部分的带宽相对较窄,因此,在控制低频的辐射单元处加载阶梯形槽。由于多节匹配传输线结构能够实现宽带匹配,所以这种阶梯形结构能够较容易的实现天线带宽的展宽。如图4所示,在加载了阶梯形槽后带宽有了较明显的展宽。


3 天线测试
    对天线进行实际加工来证明设计的有效性。其最终尺寸为:L=47.5 mm,W=20 mm,L1=12 mm,L2=6 mm,L3=5 mm,L4=16 mm,L5=10 mm,L6=3 mm,L7=27.5 mm,W1=2 mm,W2=1 mm,W3=2 mm,W4=1.5 mm,W5=2.5 mm,W6=5 mm,W7=11 mm,W8=6 mm,H=7 mm,R=0.5 mm。
    采用安捷伦公司的8722ES网络分析仪进行测试,测试得到的两个谐振频率点分别为:2.4 GHz和5.5 GHz,阻抗带宽分别为300 MHz(2.21~2.51 GHz)大约为12.50%和1 070 MHz(4.95~6.02 GHz)大约为19.51%。图5是回波损耗的测试结果与仿真结果的比较,可见,二者吻合良好。该天线在两个工作频段上的辐射方向图分别如图6和图7所示,可见天线具有较好的全向性能,能够满足无线局域网天线的要求。如图8所示,所设计天线的增益在低频部分(2.21~2.51 GHz)达到3.1~3.6 dBi,变化范围在0.5 dBi以内,在高频部分(4.95~6.02 GHz)达到6.1~6.7 dBi,变化范围在O.6 dBi以内。

4 结 语
    本文提出并设计测试了一种新型小型化双频平面倒F天线,该天线设计简洁、灵活,在选定开槽位置后,只需通过调节短路针位置L1和开路端长度L4即可方便调节两个谐振频率。通过加载阶梯形槽使天线具备较大的阻抗带宽,可完全覆盖2.4/5 GHz频段,以满足无线局域网对双频天线的要求。此外,该天线体积小、成本低、馈电方便,有较好的全向辐射特性和较高的增益,适用于目前的无线通信系统,具有广阔的应用前景。

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