新型WLAN平面倒F雙頻天線的設(shè)計

l 引 言
隨著IEEE 802．1la(5．15～5．35 GHz，5．725～5．825 GHz)和IEEE 802．11b／g(2．4～2．48 GHz)標(biāo)準(zhǔn)的提出，無線局域網(wǎng)(WLAN)通信技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。與此同時，對WLAN天線的需求也逐步增多。無論是手機(jī)，微型計算機(jī)，個人電腦的無線網(wǎng)卡還是各種各樣的遠(yuǎn)程感應(yīng)設(shè)備，都需要體積小、重量輕的小型化天線。同時，為了適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境，還要求天線具備良好的全向性能。
平面倒F天線(PIFA)是一種具有水平和垂直兩種極化特性的天線，具有小型化、結(jié)構(gòu)緊湊便于內(nèi)置、加工制作簡單、成本低，且后向輻射小、比吸收率(SAR)值低等特點(diǎn)，因而在目前的移動通信系統(tǒng)，尤其是移動終端中被廣泛采用。在PIFA天線貼片上加載縫隙結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)雙頻或多頻功能?？p隙的形狀由傳統(tǒng)的矩形槽演變成特性更好的U形，L形，E形等。在形狀多樣化的同時，PIFA天線的功能也日益多樣化，其中應(yīng)用于無線局域網(wǎng)的PIFA天線已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)提出了一種可以內(nèi)置在軟件狗中的PIFA，應(yīng)用頻段在2．3／5．5GHz，阻抗帶寬分別為840 MHz和1 010 MHz，但是天線增益相對較小，在低頻部分(1．88～2．75 GHz)為1.3～2．5 dBi，在高頻部分(4．89～5．9 GHz)為3．1～4．5 dBi。
文獻(xiàn)提出了一種通過加載諧振單元來減少雙頻自耦合現(xiàn)象的無線局域網(wǎng)天線，但在5．2 GHz的阻抗帶寬為310 MHz，相對較窄，不能完全覆蓋5．15～5．825 GHz的WLAN頻段。
本文提出了一種新型的F形槽雙頻平面倒F天線，并通過加載階梯形槽有效增大了天線的阻抗帶寬，在藍(lán)牙頻段阻抗帶寬達(dá)到300 MHz(2．21～2．51 GHz)，在無線局域網(wǎng)頻段阻抗帶寬達(dá)到1 070 MHz(4．95～6．02 GHz)，能夠完全覆蓋IEEE 802．1la和IEEE 802．1lb／g相對應(yīng)的工作頻段。該天線結(jié)構(gòu)緊湊，天線高度為7 mm，可以方便地植入無線通信設(shè)備中，有較強(qiáng)的實用性。天線具有良好的全向性能，滿足無線網(wǎng)卡全向天線的要求。天線的增益在低頻部分(2．2l～2．51 GHz)達(dá)到3．1～3．6 dBi，在高頻部分(4．95～6．02 GHz)達(dá)到6．1～6．7 dBi。

2 天線結(jié)構(gòu)與參數(shù)分析
天線的結(jié)構(gòu)如圖l所示，輻射貼片和地板均由厚度為O．2 mm的銅片制成。地板的尺寸為47．5 mm×20 mm，輻射貼片的尺寸為27．5 mm×11 mm×7 mm。輻射貼片與地板之間不存在除空氣以外的其他介質(zhì)，貼片由短路針和同軸饋電結(jié)構(gòu)共同支撐。饋電方式采用50Ω同軸直接饋電。天線的阻抗匹配可以通過調(diào)節(jié)饋電點(diǎn)和短路針的位置來實現(xiàn)。在不減弱天線輻射性能的前提下，為了使天線可以方便地植入系統(tǒng)內(nèi)部，本文采取開一個“F”型槽來增加天線的電長度，從而滿足天線的小型化要求，增加天線的帶寬。如圖1(a)所示，整個輻射貼片被短路針分成了兩個輻射單元：從饋點(diǎn)到短路針部分的電流路徑A和從短路針到貼片開路端部分的電流路徑B。這兩個輻射單元決定著天線的諧振頻率，可以由以下公式近似計算：