微帶天線由于重量輕、低剖面、體積小等優點，使得其受到了廣泛的關注。特別是無線局域網(WLAN)的應用，更加要求能夠提供多頻帶工作的寬帶小型化天線，WLAN 在現有的微波通信系統中得到了廣泛的應用。近年來，國內外對WLAN 天線進行了廣泛的研究。
文獻[ 5] 提出了一種應用于5~ 6 GHz 無線通信的寬頻帶E 形微帶天線，但是僅僅工作在單一頻帶，不能滿足WLAN 的雙頻段覆蓋。
在文獻[ 5] 的基礎上，介紹一種E 形微帶貼片天線和一個微帶偶極子組合成的雙頻帶微帶天線。該天線采用縫隙耦合和電波引導的方式直接產生2 個帶寬。它能很好地滿足WLAN 和HIPERLNA( 5. 15~ 5. 35 GHz 和5. 47~ 5. 825 GHz) 的雙頻帶通信需求，同時滿足IEEE 802. 11 a/ b/ g 的通信需求，且結構簡單、易于設計和制造。天線的輻射部分主要有E 形微帶貼片和微帶偶極子組成。利用電磁仿真軟件CST 對設計天線的諧振特性和方向圖特性進行了研究，仿真結果表明，該天線能滿足WLAN 的雙頻通信需求，且增益比同類天線有所提高。
1 天線的結構和設計
天線的基本結構如圖1 所示，整個天線制作在40 ×40 mm2 的泡沫塑料( 介電常數是1. 07，與空氣的介電常數接近) 板上，介質板的高度為5 mm，E 形微帶貼片和微帶偶極子貼片的厚度均采用0. 2 mm的銅皮，接地板采用0. 2 mm 的銅皮，以確保天線有足夠的支撐強度。
圖1 天線的基本結構
從圖1 可以看出，天線的基本結構由E 形微帶貼片和微帶偶極子組成。E 形微帶貼片的兩個端臂等長，中間為同軸饋電端口。電波通過饋電端口均勻地分布在E 形微帶貼片和偶極子上，使得貼片產生兩個諧振頻率" title="諧振頻率">諧振頻率。耦合縫隙t、寬度W2、W1 和W 決定偶極子的輻射，產生低頻段的諧振頻率。E 形微帶天線產生天線的高頻段的諧振頻率，偶極子微帶天線諧振在低頻段，2 個輻射源共用一個同軸饋電。
時間：2011-03-14 12:33:52 來源：維庫 作者：
圖2 給出了所設計天線的電流分布。從圖2( a)可以看出，電波通過嵌入E 形微帶貼片的連接傳輸線引導和縫隙t 的耦合作用，在偶極子上產生了很強的輻射，使得微帶偶極子的帶寬增加，從而滿足IEEE 802. 11b/ g 的通信需求。從圖2( b) 可以看出,電流均勻地分布在E 形微帶貼片的兩臂上，增加了電流的分布長度，使得E 性天線有很大的帶寬，可以滿足5. 1~ 5. 825 GHz 無線通信的需求。
圖2 天線的電流分布
2 仿真結果與分析
根據以上的分析，采用E 形微帶貼片天線和微帶偶極子組合的結構，對工作在2. 4~ 2. 483 GHz和5. 1~ 5. 825 GHz的WLAN 天線進行設計、仿真和優化。
采用電磁仿真軟件CST 進行建模仿真，考慮到仿真與實際工程的一致性，在建模的時候把輻射片與接地板之間的介質板的介電常數直接設置為1 07。仿真得到的兩個諧振點的頻率為2 44 GHz和5 46 GHz。仿真結果如表1 所示。
從表1 中可以看出，天線在2 個諧振點有較高的輻射效率和增益。由于W1 和W2 是偶極子天線的寬度和偶極子天線的饋電傳輸線寬度，t 為E 形微帶貼片與偶極子微帶貼片之間的耦合縫隙，因此對W1、W2 和t 進行優化，不同寬度情況下的回波損耗曲線如圖3~ 圖5 所示。從圖3 上可以看出，當調整W1 時，天線的低頻段將隨著W1 的增大，天線的頻率有所升高。從圖4 上可以看出，當調整W2 時,偶極子天線與E 形微帶貼片之間的耦合電容和饋電傳輸線的阻抗發生了變化，使得天線的諧振點發生偏移，當在W1= 6. 5 mm，W2= 1. 9 mm 時，天線的諧振阻抗帶寬最大，天線的諧振頻率為2. 44 GHz 和5. 46 GHz，帶寬分別為83MHz 和812MHz。
天線方向參數的仿真結果
從圖5 上可以看出，E 形微帶貼片與微帶偶極子天線" title="微帶偶極子天線">微帶偶極子天線之間的縫隙t 在間距大于1. 5mm 時，對天線的工作帶寬影響較小。利用電磁仿真軟件CST 優化后天線的結構參數為: L1 = 25. 5 mm; L 2 =6. 8 mm; L3= 8 mm; W= 32 mm; W1= 6. 5 mm; W2=1. 9 mm; W3 = 4 mm; W4 = 8mm; t = 2. 5 mm; t 1 =1. 8 mm; t 2= 3. 6 mm; S = 4 mm。從圖4 還可以看出,天線的高頻段基本上是獨立的，受嵌入的饋電傳輸線的影響不大，因此該雙頻天線可以分別獨立設計。
圖3 W1 對天線的參數的影響
圖4 W2 對天線的參數的影響
圖5 t 對天線參數的影響
2 個諧振點的輻射方向圖如圖6 所示。由于該天線有很好的對稱特性，因此方向圖呈現較好的全向特性。總的來說在2 個諧振帶寬內，2 個諧振點有相似的輻射特性，實現了雙頻帶工作。從仿真的結果可以看出，所設計的天線在諧振帶寬內有很好的匹配，并且高低頻段可以控制，可以實現各頻段獨立設計，給工程實踐提供很好的參考。提出的寬頻帶小型化雙頻帶天線與以前提出的相似類型的天線相比，采用E 形微帶貼片天線和微帶偶極子天線組合的方式，易于實現。同時在阻抗帶寬和效率上有一定提高，主要是采用嵌入式傳輸線和耦合饋電微帶偶極子天線和寬帶E 形微帶貼片單元，使得微帶偶極子天線的效率和增益有所提高。
圖6 天線的輻射方向圖
3 結束語
通過E 形微帶貼片天線與微帶偶極子天線組合的方法，給出了一種新型的雙頻平面寬頻帶天線的結構和設計方法。這種天線輪廓小，饋電簡單，加工容易且成本低。其最大的優點就是2 個頻段可以單獨設計，且調節方便，通過改變對應的尺寸，2 個諧振頻率可以較為獨立地調節，這為天線的設計帶來了很大的方便。