基于一种WLAN三频微带天线设计应用
0 引言
基于ieee 802.11标准的无线局域网（wlan）允许在局域网络环境中使用可以不必授权的ism（industrialscientific and medical）频段中的2.4 ghz或5 ghz射频波段进行无线连接。因此wlan作为当前最有效的无线接入网络之一，已被广泛应用在无线通信中。与利用双绞铜线构成局域网络相比，wlan具有可移动、更迅捷、费用低、更可靠等优点。随着无线局域网ieee 802.11a标准（5.15~5.35 ghz，5.725~5.825 ghz）和ieee 802.11b/g标准（2.4~2.483 5 ghz）的相继提出，wlan得到了迅猛发展。与此同时就要求频带性能可以同时达到ieee802.11a/b/g标准。
随着无线通信的迅猛发展，手持式移动终端设备成为人们日常生活的必须品。手机作为使用最普遍的一种，被提出越来越高的要求。轻、薄、小成为如今手机发展的潮流。即在极为有限的空间内设计出符合要求的天线，这使得天线的设计难度增大。微带天线由于其尺寸小、低剖面、质量轻、易加工、成本低等特点，在手机中被广泛应用。人们根据微带天线的特性，进行一系列的改进。包括利用共面波导馈电 ［1？4］，多层结构［5］，缝隙加载技术［6］来实现带宽增加和天线尺寸减小。
本文设计了一种微带天线，其长度为19 mm，宽度为7.5 mm.尺寸小、结构简单、易于加工，可工作在无线局域网的2.4 ghz、5.2 ghz、5.8 ghz三频段，在手机中具有很高的应用价值。
1 天线设计
用常见的fr4基板模拟手机电路板，该pcb板尺寸为118 mm×58 mm，厚度为1.2 mm，相对介电常数为4.4.
该天线占用pcb 板的面积为7.5 mm×19 mm，其背面切去地板尺寸为9 mm×33 mm.wlan 天线结构的具体尺寸在图2中进行标注。在图2中，a为馈电点，b为接地点，其宽度均为1.1 mm.
2 仿真与测试结果及分析
对图2中所示结构用仿真软件进行仿真，设置的扫频范围从2~6 ghz.得到-10 db 的阻抗带宽如图3 所示。从图3中看出带宽以-10 db为标准，得到的低频部分的带宽为2.344~2.528 ghz，而高频部分带宽为4.607~5.859 ghz，完全覆盖ieee 802.11a/b/g标准。
在此基础上制作了一款天线实物，照片如图4所示。
天线实物的s 参数采用agilent e5071c矢量网络分析仪进行测试。图5是天线s11参数的实测结果。从图5中可以看出，实测结果达到wlan的三频段带宽要求。
改变图2所示天线中s 的长度，进行仿真对比，结果如图6 所示。从图6 中可看出，s 的长度对wlan 天线高频部分的带宽有较大影响。
图7给出所设计的天线在2.4 ghz，5.2 ghz，5.8 ghz三频点处的电流分布图。从图7中可以看出在2.4 ghz电流主要集中在左上部分和下部分支路，在5.2 ghz电流主要集中在下部分支路，在5.8 ghz电流主要集中在右上部分和下部分支路。
图8给出了该天线在2.4 ghz，5.2 ghz，5.8 ghz处的二维方向图。从图8中可以看出方向图在三个频点处都具有全向性。在高频处，因天线尺寸的细微改变都会导致表面电流分布的较大变化，故方向图有一定的曲折。
图9给出的是该天线在2.4 ghz，5.2 ghz，5.8 ghz处增益的三维方向图。在2.4 ghz时增益可达到5.37 db，5.2 ghz时增益为2.4 db，5.8 ghz时增益达到4.77 db.
图10 为天线仿真得到的辐射效率和总效率，其中天线在2.4 ghz，5.2 ghz，5.8 ghz点处的总效率分别为78%，82%，76%.在wlan三个频带内的总效率范围是67%~87%.
综合以上的仿真和实测结果，所设计天线的-10 db阻抗带宽完全符合wlan 的ieee 802.11a/b/g标准，且具有良好的方向性和辐射效率，满足在手机中的应用要求。
3 结论
该款应用于手机中的wlan天线，仿真和实测结果表明，具有较宽的-10 db阻抗带宽，良好的方向图和效率，而所占面积仅为7.5 mm×19 mm.尺寸小，结构简单，易于加工，符合如今手机“轻、薄、小”的潮流。对手机内置天线的小型化的设计具有重要意义。
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随着无线通信的迅猛发展，手持式移动终端设备成为人们日常生活的必须品。手机作为使用最普遍的一种，被提出越来越高的要求。轻、薄、小成为如今手机发展的潮流。即在极为有限的空间内设计出符合要求的天线，这使得天线的设计难度增大。微带天线由于其尺寸小、低剖面、质量轻、易加工、成本低等特点，在手机中被广泛应用。人们根据微带天线的特性，进行一系列的改进。包括利用共面波导馈电 ［1？4］，多层结构［5］，缝隙加载技术［6］来实现带宽增加和天线尺寸减小。
本文设计了一种微带天线，其长度为19 mm，宽度为7.5 mm.尺寸小、结构简单、易于加工，可工作在无线局域网的2.4 ghz、5.2 ghz、5.8 ghz三频段，在手机中具有很高的应用价值。
1 天线设计
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该天线占用pcb 板的面积为7.5 mm×19 mm，其背面切去地板尺寸为9 mm×33 mm.wlan 天线结构的具体尺寸在图2中进行标注。在图2中，a为馈电点，b为接地点，其宽度均为1.1 mm.
2 仿真与测试结果及分析
对图2中所示结构用仿真软件进行仿真，设置的扫频范围从2~6 ghz.得到-10 db 的阻抗带宽如图3 所示。从图3中看出带宽以-10 db为标准，得到的低频部分的带宽为2.344~2.528 ghz，而高频部分带宽为4.607~5.859 ghz，完全覆盖ieee 802.11a/b/g标准。
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改变图2所示天线中s 的长度，进行仿真对比，结果如图6 所示。从图6 中可看出，s 的长度对wlan 天线高频部分的带宽有较大影响。
图7给出所设计的天线在2.4 ghz，5.2 ghz，5.8 ghz三频点处的电流分布图。从图7中可以看出在2.4 ghz电流主要集中在左上部分和下部分支路，在5.2 ghz电流主要集中在下部分支路，在5.8 ghz电流主要集中在右上部分和下部分支路。
图8给出了该天线在2.4 ghz，5.2 ghz，5.8 ghz处的二维方向图。从图8中可以看出方向图在三个频点处都具有全向性。在高频处，因天线尺寸的细微改变都会导致表面电流分布的较大变化，故方向图有一定的曲折。
图9给出的是该天线在2.4 ghz，5.2 ghz，5.8 ghz处增益的三维方向图。在2.4 ghz时增益可达到5.37 db，5.2 ghz时增益为2.4 db，5.8 ghz时增益达到4.77 db.
图10 为天线仿真得到的辐射效率和总效率，其中天线在2.4 ghz，5.2 ghz，5.8 ghz点处的总效率分别为78%，82%，76%.在wlan三个频带内的总效率范围是67%~87%.
综合以上的仿真和实测结果，所设计天线的-10 db阻抗带宽完全符合wlan 的ieee 802.11a/b/g标准，且具有良好的方向性和辐射效率，满足在手机中的应用要求。
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