一种应用于WLAN/WiMAX的 三频双环印刷单极子天线

1  引言

随着近年来无线通信技术的迅猛发展，特别是无线局域网（WLAN）和全球微波互联接入网络（WiMAX）的应用，更加要求能够提供多频段工作的新型小型化天线，这两个网络系统覆盖了2.4–2.484/5.15–5.35/ 5.725–5.825GHz及2.5–2.69/ 3.4–3.69/5.25–5.85 GHz。共面波导天线由于具备：低表面波损耗、易与集成微波电路集成、小体积等优点，使得其在现有的微波通信系统中得到了广泛的应用。近年来，国内外对WLAN和WiMAX天线已进行了广泛的研究。提出了一种应用于WLAN的双频宽带印刷单极子天线，但是它仅可以满足WLAN频段的要求。

本文介绍一个共面波导馈电的双环印刷单极子天线，如图1所示。它可以满足WLAN和WiMAX的频带覆盖要求。它直接印刷在介质板上，尺寸为26mm×36mm。天线的辐射部分主要由两个闭合的方环及一个倒T型的微带枝节组成。我们用Ansoff公司的仿真软件HFSS对这种天线进行了仿真和设计，然后加工出了天线实物，最后对天线实物进行了一系列参数的测量。通过测量结果和仿真结果的比较，验证了我们设计的可行性。

2  天线结构和设计

天线的结构标注如图1所示，整体尺寸为26mm×36mm。天线采用共面波导馈电，使得天线可以很容易地和集成微波电路集成在一起，馈线的宽度为3.3mm，和地板的间隙为0.4mm。介质板的介电常数为3.5，厚度为1.6mm。辐射部分由两个闭合的方环及一倒T型的微带枝节构成，大的方环的尺寸为20mm×15.5mm，决定了低端2.4GHz的工作频段，小的方环的尺寸为10mm×13mm，决定了高端3.5/5GHz的工作频段，通过加入倒T型的微带枝节，调整枝节的长度及宽度，可以使得天线在3.5/5GHz频段上获得良好的阻抗匹配特性，在此设计中，所有的天线辐射元的宽度都统一地设置为1mm。

图1  天线结构

图2  天线在各个频段上的电流分布

天线的多频工作原理可以从图2所示的各频段的电流分布看出。从图中可知，在2.4GHz低频段，天线电流主要集中在大的方环上，而在3.5/5GHz高频段，天线电流主要分布在小的方环及倒T型枝节上。