WLAN双频印刷天线的设计

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        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。

 

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