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多频带印刷单极子天线设计分析
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2017-11-18
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随着通信容量和信息传输速率的不断提高，人们对通信技术的发展和进步提出了更多、更高的要求。而天线是移动通信系统中不可或缺的关键部件，已成为通信终端中的重要部件。
现今的无线通信设备种类繁多，集成了多种系统模块，并能稳定、高效地工作。因此，如何使终端天线能够在这些网络频带范围内工作，减少天线间的干扰，降低制作成本，实现多系统共用以及收发共用成为主要研究方向。
本文提出了一种可用于WLAN和WiMax无线通信系统的三频带印刷单极子天线。通过在微带板上蚀刻的双“G”形辐射贴片，使得天线覆盖2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和3.5/5.5 GHz WiMax频带，并在带内具有较好的全向辐射特性。
1天线的设计与结构
三频带印刷单极子天线的结构如图1所示。天线印刷在相对介电常数为4.4，厚度为1 mm的FR4介质基板上，整体尺寸为37 mm×18 mm.馈电部分是50Ω的微带线，其中微带线宽度为2 mm，并与SMA型同轴连接器相连。天线正面是对称的双“G”形辐射贴片，背面全部为介质。通过调节辐射贴片臂B1、B2、B3的长度，可使得天线工作在2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和5.5 GHz WiMax频带。同时，为使得天线获得较好的辐射性能和增益，天线辐射贴片的臂均为完全对称结构。
图1 三频带印刷单极子天线的结构
为考察结构尺寸对天线电性能的影响，采用AnsoftHFSS V13对设计的天线进行了仿真，经过加工调试，天线的尺寸如下：L=37 mm，L1=18 mm，L2=15 mm，L3=11 mm，L4=14 mm，L5=16 mm，L6=15 mm，W=18 mm，W1=2 mm，W2=3 mm，W3=2 mm，W4=3 mm，H=1 mm.
2结果分析
图2～图4分别给出了参数L2、L3和L5取不同值时，天线回波损耗的仿真结果，可以看出分别调节双“G”形辐射贴片的臂长即更改参数L2、L3和L5的取值可以改变天线相对应谐振频带的位置，且基本不会影响其他频段的工作带宽。因此，通过调节辐射贴片的臂长，可以使得天线覆盖2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和3.5/5.5 GHz WiMax频带。
现今的无线通信设备种类繁多，集成了多种系统模块，并能稳定、高效地工作。因此，如何使终端天线能够在这些网络频带范围内工作，减少天线间的干扰，降低制作成本，实现多系统共用以及收发共用成为主要研究方向。
本文提出了一种可用于WLAN和WiMax无线通信系统的三频带印刷单极子天线。通过在微带板上蚀刻的双“G”形辐射贴片，使得天线覆盖2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和3.5/5.5 GHz WiMax频带，并在带内具有较好的全向辐射特性。
1天线的设计与结构
三频带印刷单极子天线的结构如图1所示。天线印刷在相对介电常数为4.4，厚度为1 mm的FR4介质基板上，整体尺寸为37 mm×18 mm.馈电部分是50Ω的微带线，其中微带线宽度为2 mm，并与SMA型同轴连接器相连。天线正面是对称的双“G”形辐射贴片，背面全部为介质。通过调节辐射贴片臂B1、B2、B3的长度，可使得天线工作在2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和5.5 GHz WiMax频带。同时，为使得天线获得较好的辐射性能和增益，天线辐射贴片的臂均为完全对称结构。
图1 三频带印刷单极子天线的结构
为考察结构尺寸对天线电性能的影响，采用AnsoftHFSS V13对设计的天线进行了仿真，经过加工调试，天线的尺寸如下：L=37 mm，L1=18 mm，L2=15 mm，L3=11 mm，L4=14 mm，L5=16 mm，L6=15 mm，W=18 mm，W1=2 mm，W2=3 mm，W3=2 mm，W4=3 mm，H=1 mm.
2结果分析
图2～图4分别给出了参数L2、L3和L5取不同值时，天线回波损耗的仿真结果，可以看出分别调节双“G”形辐射贴片的臂长即更改参数L2、L3和L5的取值可以改变天线相对应谐振频带的位置，且基本不会影响其他频段的工作带宽。因此，通过调节辐射贴片的臂长，可以使得天线覆盖2.4/5.2/5.8 GHz WLAN和3.5/5.5 GHz WiMax频带。
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