双频微带天线的设计与实现

亓协兴，宋高磊，张文晶，孙思杨，王雪煜

（1.洛阳师范学院物理与电子信息学院，河南 洛阳 471934；2.“电磁传输与探测”河南省重点实验室，河南 洛阳 471934）

IEEE 802.11n传输协议规划了2.4GHz与5GHz两个频段，现实应用的WLAN也大都符合此标准，技术较为成熟。微带天线具有体积小、重量轻、低剖面、易与载体表面共形、制造工艺简单和成本低等诸多优点，在移动通信、航天航空、导弹等领域得到了广泛的应用[1-4]。另外，室内短距离通信，比如蓝牙通信、射频识别、无线鼠标等都需要小型化天线[5-9]，这些需求给微带天线提供了广阔的应用平台。

鉴于以上原因，将微带天线与802.1n协议相结合，设计一款满足此协议的双频微带天线，使用此天线，可以工作在两个频段，减少了天线数量，便于设备集成化与小型化，降低工业成本。

1.天线设计

天线的设计结构如图1所示。此天线采用介电常数为4.4的FR4为介质板，厚度为1.5mm，长宽均为40mm。馈电方式为50Ω微带侧馈。接地板在介质板底部，为长Gl、宽Gw的长方形理想导电体。由于天线工作在两个频段，因此设计中采用两个长度不等的单臂[10]，较长的右臂工作在2.4GHz频段，较短的左臂工作在5GHz频段，两臂均在介质板上部，且与微带馈电线相连。天线各部分的尺寸如表1所示。

图1 天线结构图

表1 天线各部尺寸

2.天线仿真分析

经过不断的优化仿真，得出满足双频段工作的主要参数。从图2可以看出，在2.4GHz与5GHz频段内各有一个谐振点。天线的输入端反射系数在工作频段内均低于-10dB，尤其是在谐振点出能达到-30dB。图3为E面和H面方向图。图中内部“8”字形为E面方向图，外部圆圈为H面方向图。可以看出，此天线辐射近似为全向，能够实现广域覆盖。

图2 输入端反射系数

图3 E面和H面

3.天线测量

根据设计模型制作出天线实物（图4），焊接通用SMA接口，利用矢量网络分析仪进行单端口测量。测量结果如图5与图6所示。可以发现，输入端反射系数基本与仿真结果一致，同时工作频段内的驻波比也满足工程要求。

图4 天线实物

图5 驻波比

4.结语

本文设计了一款基于IEEE 802.11n无线传输协议的双频微带天线。采用FR4介质板制作的天线实物，经测量后发现多个工程参数与仿真结果一致，满足行业要求，具有一定的实际应用价值。