資料介紹
1 引言
隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展,低成本、小型化、易制作的多頻天線已經(jīng)成為了現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中的重要的組成部分,并引起了人們的廣泛關(guān)注。中提出的四種雙頻組合天線的帶寬較窄,且尺寸較大;文獻[5-6]研究了多頻縫隙天線的設(shè)計,通過縫隙極子天線和微帶線的不同組合來實現(xiàn)多頻特性,但這類天線的尺寸同樣比較大,且高頻方向圖的全向性不好;微帶天線通過縫隙加載技術(shù)也能實現(xiàn)多頻天線的設(shè)計[7-8],但需要短路針與地板相連接,使得天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工困難。
中提出了一種終端開路的矩形環(huán)極子雙頻天線,但該天線的高頻帶寬太窄,不能覆蓋WLAN 5.8GHz工作頻段,而且高頻段的方向圖有所失真;為了增加天線的帶寬,文獻[10]提出了一終端加載的矩形環(huán)極子雙頻天線,通過在環(huán)終端加載一微帶線實現(xiàn)高頻段寬頻化設(shè)計,但該天線不能工作WiMAX3.5GHz 頻段。
為了進一步增加天線的帶寬,使天線能工作在WLAN 2.4/5.2/5.8GHz和WiMAX 2.5/3.5/5.5 GHz的全部頻段,同時又能實現(xiàn)天線的小型化設(shè)計,本文提出了一種矩形環(huán)極子和I形極子組合的雙頻天線結(jié)構(gòu)。該天線由I形極子和環(huán)形極子輻射產(chǎn)生高低頻段,并實現(xiàn)雙頻寬頻帶特性。該天線不僅能應(yīng)用在WLAN通信終端設(shè)備,還能工作在WiMAX終端設(shè)備,與文獻[1-10]中的天線相比較,具有明顯的優(yōu)勢。
2 天線設(shè)計
天線的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該天線由一環(huán)形極子和I形極子組合而成,印制在一塊厚度為1.6mm、相對介電常數(shù)為4.4 的FR4印刷電路基板上。矩形環(huán)的尺寸為W1×L1、厚度為W3,I形極子的長度為S+S1+L2、寬度為W2,I形極子和環(huán)形極子的長度分別約為高低諧振頻率對應(yīng)的1/4波長。該雙頻天線由共面波導(dǎo)饋電,50om微帶饋線的寬度為Wf ,與地板之間的縫隙為g,兩矩形地板的長為L、寬為W,并分布在饋線的兩邊。

圖1 天線結(jié)構(gòu)圖

圖2 各天線的回波損耗(天線的尺寸為:L =16 mm, W=14 mm, Wf =2.5 mm, g=1 mm, S= 4 mm, S1=2.1 mm, L1 =19 mm, L2 =7.5 mm, W1 =11.5 mm, W2 =4.5 mm, W3 =2 mm, g1=1.5 mm)
在天線的設(shè)計過程中,首先應(yīng)用仿真軟件HFSS對天線進行初始化設(shè)計,先調(diào)整環(huán)形極子天線的參數(shù)使其工作在低頻段,再在環(huán)形極子內(nèi)嵌入I形極子天線,調(diào)增相應(yīng)的設(shè)計參數(shù),產(chǎn)生雙頻寬頻特性。天線的設(shè)計參數(shù)和仿真的回波損耗由圖2所示,從圖2中可以看出,環(huán)形極子產(chǎn)生低頻頻段,I形極子產(chǎn)生高頻頻段;環(huán)形極子的長度S+L1為諧振頻率2.9 GHz對應(yīng)波長的0.18倍,而I形極子的長度為諧振頻率5.2GHz對應(yīng)波長的0.24倍。
隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展,低成本、小型化、易制作的多頻天線已經(jīng)成為了現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中的重要的組成部分,并引起了人們的廣泛關(guān)注。中提出的四種雙頻組合天線的帶寬較窄,且尺寸較大;文獻[5-6]研究了多頻縫隙天線的設(shè)計,通過縫隙極子天線和微帶線的不同組合來實現(xiàn)多頻特性,但這類天線的尺寸同樣比較大,且高頻方向圖的全向性不好;微帶天線通過縫隙加載技術(shù)也能實現(xiàn)多頻天線的設(shè)計[7-8],但需要短路針與地板相連接,使得天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工困難。
中提出了一種終端開路的矩形環(huán)極子雙頻天線,但該天線的高頻帶寬太窄,不能覆蓋WLAN 5.8GHz工作頻段,而且高頻段的方向圖有所失真;為了增加天線的帶寬,文獻[10]提出了一終端加載的矩形環(huán)極子雙頻天線,通過在環(huán)終端加載一微帶線實現(xiàn)高頻段寬頻化設(shè)計,但該天線不能工作WiMAX3.5GHz 頻段。
為了進一步增加天線的帶寬,使天線能工作在WLAN 2.4/5.2/5.8GHz和WiMAX 2.5/3.5/5.5 GHz的全部頻段,同時又能實現(xiàn)天線的小型化設(shè)計,本文提出了一種矩形環(huán)極子和I形極子組合的雙頻天線結(jié)構(gòu)。該天線由I形極子和環(huán)形極子輻射產(chǎn)生高低頻段,并實現(xiàn)雙頻寬頻帶特性。該天線不僅能應(yīng)用在WLAN通信終端設(shè)備,還能工作在WiMAX終端設(shè)備,與文獻[1-10]中的天線相比較,具有明顯的優(yōu)勢。
2 天線設(shè)計
天線的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該天線由一環(huán)形極子和I形極子組合而成,印制在一塊厚度為1.6mm、相對介電常數(shù)為4.4 的FR4印刷電路基板上。矩形環(huán)的尺寸為W1×L1、厚度為W3,I形極子的長度為S+S1+L2、寬度為W2,I形極子和環(huán)形極子的長度分別約為高低諧振頻率對應(yīng)的1/4波長。該雙頻天線由共面波導(dǎo)饋電,50om微帶饋線的寬度為Wf ,與地板之間的縫隙為g,兩矩形地板的長為L、寬為W,并分布在饋線的兩邊。

圖1 天線結(jié)構(gòu)圖

圖2 各天線的回波損耗(天線的尺寸為:L =16 mm, W=14 mm, Wf =2.5 mm, g=1 mm, S= 4 mm, S1=2.1 mm, L1 =19 mm, L2 =7.5 mm, W1 =11.5 mm, W2 =4.5 mm, W3 =2 mm, g1=1.5 mm)
在天線的設(shè)計過程中,首先應(yīng)用仿真軟件HFSS對天線進行初始化設(shè)計,先調(diào)整環(huán)形極子天線的參數(shù)使其工作在低頻段,再在環(huán)形極子內(nèi)嵌入I形極子天線,調(diào)增相應(yīng)的設(shè)計參數(shù),產(chǎn)生雙頻寬頻特性。天線的設(shè)計參數(shù)和仿真的回波損耗由圖2所示,從圖2中可以看出,環(huán)形極子產(chǎn)生低頻頻段,I形極子產(chǎn)生高頻頻段;環(huán)形極子的長度S+L1為諧振頻率2.9 GHz對應(yīng)波長的0.18倍,而I形極子的長度為諧振頻率5.2GHz對應(yīng)波長的0.24倍。
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