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新型CPW馈电倒S型双频天线

发布时间:2020-06-30 18:55:42 阅读: 来源:绷缝机厂家

本文引用地址: 引言在无线局域网通信系统中,基于节约成本的考虑,为能在同一天线上实现2.402GHz—2.482GHz(IEEE802.11b/g)和5.15GHz—5.87GHz(IEEE802.11a)频段覆盖,双频或多频天线应运而生。CPW结构具有工作频带宽、单一金属层、易于与有源设备或MMIC集成等优点,CPW馈电的天线已被很多人设计应用于无线局域网通信。双频单极子,但它们共同的缺点是阻抗带宽比较窄。文天线需要一短路探针连接地面和印刷单极子,这样增加了设计的复杂性以及制作成本。一种CPW馈电的平面倒F天线(PIFA),但结构较复杂且尺寸还是较大。

本文给出了一种新型的应用于无线局域网的倒S型CPW馈电双频天线,天线的整体结构尺寸为20×16.5×1.6mm3。在Bluetooth/WLAN频段内达到频带工作要求,且辐射方向图符合全向性。

2天线设计图1为双频印刷单极子天线的结构图。介质基板为FR4,厚度为1.6mm,介电常数为4.4。天线的辐射单元类似于倒S型,采用CPW馈电方式。天线的结构尺寸采用基于有限元的全波仿真软件HFSS优化得到。倒S型天线采用CPW馈电,CPW结构的中心馈线尺寸Wf为2mm,槽宽g为0.2mm,刚好为标准的50W共面波导。在CPW中间信号线两侧两个有限的地面的尺寸Lg×Wg都为8×7mm2。天线的主辐射单元是一个类似于倒S的结构,整个倒S由6条带线组成,他们的尺寸如下表所示:

N

1

2

3

4

5

6

L(mm)

8

6.5

8.5

2.5

5.5

6.5

W(mm)

1

2

2

2.5

1.5

1

倒S离地面的距离,即l5与地面的距离S,会影响到5GHz的频段宽度及辐射方向图,通过HFSS优化得到S为1mm。

倒S型天线单元有两个不同的谐振路径,分别为L1等于I1+I2+I3+I4和L2等于I5+I6。这两个不同的路径长度L1,L2分别接近2.4GHz和5.2GHz的五分之一波长。通过调节L1的长度使天线谐振于2.4GHz工作频段,同样的通过调节L2的长度使天线谐振于5.2GHz工作频段。另外,通过全局优化天线的结构尺寸(l1,l2,l3,l4,l5,l6,S)可以改善2.4GHz和5.2GHz的频带宽度。通过调节l4的长度,可以有效的展宽2.4GHz频段的宽度。通过调节S的大小,可以有效的展宽5.2GHz频段的宽度。

(a)

(b)

(a)俯视图(b)前视图

图1天线的几何结构图

3实验结果及讨论图2为制作的天线实物。使用AgilentE5071B网络分析仪天线的回波损耗进行了测量,结果如图3所示。图中同时给出了仿真计算曲线,可见,两者在工作频段内吻合的较好。测量得到的在2.4GHz和5GHz的-10dB测量阻抗带宽分别为22.08%(2.2GHz-2.73GHz,中心频率为2.41GHz)和22.7%(4.65GHz-5.93GHz,中心频率为5.65GHz)。满足双频WLAN应用所需的频段要求。

图2实物图

图3天线的测量与仿真回波损耗

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