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(dú)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(hào)，比如常見的垂直極化信號(hào)，但是很難直接傳播到移動(dòng)終端" title="移動(dòng)終端">移動(dòng)終端，一般要經(jīng)過多徑" title="多徑">多徑傳播，即信號(hào)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(dá)移動(dòng)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(hào)到達(dá)移動(dòng)終端時(shí)，既有水平極化信號(hào)，又有垂直極化信號(hào)。由于多徑傳播是隨機(jī)的，因此這些信號(hào)也是隨機(jī)的。可以考慮在移動(dòng)終端安裝一個(gè)水平極化天線和一個(gè)垂直極化天線，從而獲得較好的接收信號(hào)?；蛘咴诎l(fā)射端和接收端分別安裝兩個(gè)天線，一個(gè)水平極化天線和一個(gè)垂直極化天線，以得到兩個(gè)不相關(guān)的信號(hào)，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(shí)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(shí)意義。
　　本文設(shè)計(jì)了一種可用于2.4GHz頻段移動(dòng)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(jì)、加工制作和實(shí)際測(cè)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(jì)
　　為了實(shí)現(xiàn)水平極化輻射，可考慮采用環(huán)結(jié)構(gòu)。在文獻(xiàn)^[7]中采用Alford環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一個(gè)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(jìn)行2.4GHz頻段的設(shè)計(jì)。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(gè)Z型金屬帶，底面也是一個(gè)相同的Z型金屬帶，但是注意，要讓上下兩個(gè)Z的四臂圍成一個(gè)方環(huán)，且兩個(gè)Z的斜臂要平行。饋電用50Ω SMA頭進(jìn)行背饋。

　　因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，所以上下兩個(gè)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(gè)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(gè)Z斜臂上的電流就相互抵消，而在上下兩個(gè)Z的其它四個(gè)臂上建立起環(huán)形電流分布，從而輻射一個(gè)水平極化波，得到預(yù)期的全向方向圖。

　　該天線兩個(gè)金屬帶各臂的長(zhǎng)度和寬度要精心設(shè)計(jì)，從而達(dá)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(jì)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(cè)量
　　根據(jù)上面仿真設(shè)計(jì)的尺寸，制作了該天線。采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Wiltron-37269A測(cè)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(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量暗室,對(duì)天線工作在2.45GHz時(shí)的方向圖進(jìn)行了測(cè)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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