摘 要： 介紹了一種水平極化全向天線" title="全向天線">全向天線，先仿真設(shè)計" title="仿真設(shè)計">仿真設(shè)計再加工制作，最后實際測試。結(jié)果表明：在2.4GHz頻段上，獲得了120MHz的帶寬(VSWR<3)和良好的全向方向圖" title="方向圖">方向圖。該天線被印刷在一塊面積只有24.3×24.3mm2的FR-4介質(zhì)板上，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可用于無線局域網(wǎng)終端通信。
關(guān)鍵詞： 水平極化 全向天線 2.4GHz頻度 無線局域網(wǎng)終端
全向天線[1～4]在無線通信中發(fā)揮著重要的作用，常見的多是垂直極化天線，水平極化的不多，然而水平極化全向天線卻有著獨特的應(yīng)用。在城市或者室內(nèi)無線環(huán)境中，雖然基站發(fā)射的都是特定的極化信號，比如常見的垂直極化信號，但是很難直接傳播到移動終端" title="移動終端">移動終端，一般要經(jīng)過多徑" title="多徑">多徑傳播，即信號要經(jīng)過反射或者繞射，或者反射加繞射，或者繞射加反射，才能到達移動終端。在經(jīng)過多徑傳播后，極化要發(fā)生旋轉(zhuǎn)，因此一般來說，多徑信號到達移動終端時，既有水平極化信號，又有垂直極化信號。由于多徑傳播是隨機的，因此這些信號也是隨機的?？梢钥紤]在移動終端安裝一個水平極化天線和一個垂直極化天線，從而獲得較好的接收信號?；蛘咴诎l(fā)射端和接收端分別安裝兩個天線，一個水平極化天線和一個垂直極化天線，以得到兩個不相關(guān)的信號，這就是極化分集，它正是利用了空中水平路徑和垂直路徑的不相關(guān)性來實現(xiàn)抗快衰落的。據(jù)研究[5～6],發(fā)射端和接收端都采用水平極化天線的系統(tǒng)比發(fā)射端和接收端都采用垂直極化天線的系統(tǒng)可以多獲得平均10dB的功率。因此研究水平極化全向天線有著重要的現(xiàn)實意義。
本文設(shè)計了一種可用于2.4GHz頻段移動終端的水平極化全向天線，屬平面結(jié)構(gòu)，被印刷在一塊面積只有24.3×24.3mm2的常見電路板上(FR-4)。經(jīng)仿真設(shè)計、加工制作和實際測試，獲得了120MHz的帶寬(VSWR＜3)和良好的全向方向圖。
1分析與設(shè)計
為了實現(xiàn)水平極化輻射，可考慮采用環(huán)結(jié)構(gòu)。在文獻[7]中采用Alford環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計了一個工作在900MHz的平面印刷水平極化全向天線。本文采用此結(jié)構(gòu)進行2.4GHz頻段的設(shè)計。天線結(jié)構(gòu)如圖1所示。在方形介質(zhì)基板(FR-4,εr＝4.4，為常見電路板)的兩面分別印刷兩層金屬帶，頂面是一個Z型金屬帶，底面也是一個相同的Z型金屬帶，但是注意，要讓上下兩個Z的四臂圍成一個方環(huán)，且兩個Z的斜臂要平行。饋電用50Ω SMA頭進行背饋。
因為結(jié)構(gòu)具有對稱性，所以上下兩個Z型金屬帶上的電流分布幅度相同，相位相差180°，如圖2所示。由于上下兩個金屬帶之間的距離(亦即介質(zhì)基板的厚度)比較小，則上下兩個Z斜臂上的電流就相互抵消，而在上下兩個Z的其它四個臂上建立起環(huán)形電流分布，從而輻射一個水平極化波，得到預(yù)期的全向方向圖。
該天線兩個金屬帶各臂的長度和寬度要精心設(shè)計，從而達到較好的輻射和阻抗匹配。本文采用Ansoft公司的三維電磁仿真軟件HFSS9.2經(jīng)過多次反復(fù)設(shè)計得到的尺寸如下：t=2mm，L1=22.3mm，L2=8.5mm,W1=5mm,W2=1.5mm。
2 制作與測量
根據(jù)上面仿真設(shè)計的尺寸，制作了該天線。采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Wiltron-37269A測量了該天線輸入端的電壓駐波比，并與仿真結(jié)果做了比較，如圖3所示。在半開放遠場測量暗室,對天線工作在2.45GHz時的方向圖進行了測量，也與仿真結(jié)果做了比較，結(jié)果如圖4、圖5所示。
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由圖3～5可以看到：在2.45GHz頻段上，該天線獲得了120MHz的帶寬(VSWR＜3)和良好的全向方向圖，且整體上都與仿真結(jié)果基本吻合。
本文基于電流環(huán)思想設(shè)計了一種水平極化平面印刷全向天線。利用HFSS進行了仿真設(shè)計，并加工制作了該天線，測試結(jié)果表明：在2.4GHz頻段，該天線獲得了120MHz的帶寬(VSWR＜3)、良好的E面方向圖和H面方向圖(全向方向圖。)該天線可用于2.4GHz無線局域網(wǎng)終端通信。
下一步的工作是如何將電壓駐波比降到3以下，且?guī)挐M足ISM2.4GHz頻段的要求(2400MHz～2483.5MHz)。
參考文獻
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