WLAN双频印刷天线的设计

WLAN双频印刷天线的设计

摘要：设计了一种应用于2．4 GHz和5．8 GHz无线局域网的双频天线。天线由4个印刷偶极子分别组成两对阵列而成，每一对阵列分别工作在各自的谐振频率上，从而实现双频。介质板背面印刷有巴伦进行耦合馈电。该天线具有结构简单、体积小、重量轻，成本低、易于集成等优点，适用于无线局域网系统。
关键词：无线局域网；双频天线；印刷偶极子

    无线局域网是利用无线技术实现接入以太网的技术，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。与有线网络相比，无线局域网的主要优势是可移动，无需线缆即可接入网络。无线局域网也存在信号干扰等缺点。目前的无线局域网标准主要有：IEEE 802．11a(5．15～5．35／5．47～5．725／5．725～5．875 GHz)，IEEE 802．1lb和802．1lg(2．4—2．5 GHz)。WLAN天线是无线局域网通信系统中的一个关键部件，其性能的好坏直接影响到无线通信的质量。国内外对于WLAN天线已经进行了广泛的研究，提出了很多工作在双频段的天线形式，例如偶极天线(Dipole Anten-na), PIFA天线(Planar Inverted-F Antenna)，平面单极子天线(Planarl Monopole Antenna)，准八木天线(Quari-Yagi antenna)等。这些天线结构简单、制作成本低，因而非常适合WLAN装置使用。
    文中设计了一种适用于WLAN系统的印刷偶极子天线。它通过印制在FR4介质板上而成，尺寸为90 mm×80 mm。

1 天线结构
    设计的双频天线结构，如图1所示。

    天线水平放置在x-z平面，图1（a）中灰色部分为天线辐射部分，白色部分为介质。图1（b）中灰色部分为巴伦馈线，白色部分为介质。天线由偶极子阵列组成，振子通过印制在相对介电常数为4．4、厚度0．8 mm的介质板上实现。偶极子的长度和谐振频率有关，长振子对应低端频段，短振子对应高端频段，因此该天线可以工作在2．4／5．8 GHz的双频段。一般常用的设计使用半波长或1／4波长作为天线的长度。

   通过在Ansoft HFSS中建模、仿真优化之后，得出天线的结构尺寸(单位：mm)为：W1=4，W2=1，W3=7．4，W4=7，Ll=49，L2=9，L3=18．5，La=15．5，Lb=5。

2 仿真结果
    天线驻波的仿真结果，如图2所示。天线谐振于2．4 GHz和5．8 GHz，实现双频工作。低端频段(驻波<2)为2．35～2．47 GHz，带宽约有120 MHz，覆盖了IEEE802．1lb／g的工作频段；高端频段为5．56～6．07 GHz，带宽约为510 MHz，覆盖了IEEE802．11 a的工作频段。

    该天线的方向图，如图3所示。

    由方向图可以看出该天线在y～z平面内的波束具有双指向性，主极化好，交叉极化小。
    相比文献中的准八木天线，方向图具有双指向性，可以满足一些对波束指向有要求的应用。

3 结束语
    文中设计了一种WIAN双频偶极子印刷天线，通过对双频印刷天线的仿真、优化，实现了WLAN标准的工作频段，方向图有一定的指向性，适用于对波束指向有一定要求的应用。该天线尺寸小，便于集成；性能好，满足无线局域网通信应用的要求。