0 引言

基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)允許在局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用可以不必授權(quán)的ISM(IndustrialScientific and Medical)頻段中的2.4 GHz或5 GHz射頻波段進(jìn)行無(wú)線(xiàn)連接。因此WLAN作為當(dāng)前最有效的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)之一，已被廣泛應(yīng)用在無(wú)線(xiàn)通信中。與利用雙絞銅線(xiàn)構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)相比，WLAN具有可移動(dòng)、更迅捷、費(fèi)用低、更可靠等優(yōu)點(diǎn)。隨著無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)(5.15~5.35 GHz,5.725~5.825 GHz)和IEEE 802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)(2.4~2.483 5 GHz)的相繼提出，WLAN得到了迅猛發(fā)展。與此同時(shí)就要求頻帶性能可以同時(shí)達(dá)到IEEE802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)。

隨著無(wú)線(xiàn)通信的迅猛發(fā)展，手持式移動(dòng)終端設(shè)備成為人們?nèi)粘Ｉ畹谋仨毱?。手機(jī)作為使用最普遍的一種，被提出越來(lái)越高的要求。輕、薄、小成為如今手機(jī)發(fā)展的潮流。即在極為有限的空間內(nèi)設(shè)計(jì)出符合要求的天線(xiàn)，這使得天線(xiàn)的設(shè)計(jì)難度增大。微帶天線(xiàn)由于其尺寸小、低剖面、質(zhì)量輕、易加工、成本低等特點(diǎn)，在手機(jī)中被廣泛應(yīng)用。人們根據(jù)微帶天線(xiàn)的特性，進(jìn)行一系列的改進(jìn)。包括利用共面波導(dǎo)饋電[1?4],多層結(jié)構(gòu)[5],縫隙加載技術(shù)[6]來(lái)實(shí)現(xiàn)帶寬增加和天線(xiàn)尺寸減小。

本文設(shè)計(jì)了一種微帶天線(xiàn)，其長(zhǎng)度為19 mm,寬度為7.5 mm.尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工，可工作在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的2.4 GHz、5.2 GHz、5.8 GHz三頻段，在手機(jī)中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

1 天線(xiàn)設(shè)計(jì)

本文提出的這種適用于手機(jī)中的WLAN天線(xiàn)如圖1所示。用常見(jiàn)的FR4基板模擬手機(jī)電路板，該P(yáng)CB板尺寸為118 mm×58 mm,厚度為1.2 mm,相對(duì)介電常數(shù)為4.4.

該天線(xiàn)占用PCB 板的面積為7.5 mm×19 mm,其背面切去地板尺寸為9 mm×33 mm.WLAN 天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的具體尺寸在圖2中進(jìn)行標(biāo)注。在圖2中，A為饋電點(diǎn)，B為接地點(diǎn)，其寬度均為1.1 mm.

2 仿真與測(cè)試結(jié)果及分析

對(duì)圖2中所示結(jié)構(gòu)用仿真軟件進(jìn)行仿真，設(shè)置的掃頻范圍從2~6 GHz.得到-10 dB 的阻抗帶寬如圖3 所示。從圖3中看出帶寬以-10 dB為標(biāo)準(zhǔn)，得到的低頻部分的帶寬為2.344~2.528 GHz,而高頻部分帶寬為4.607~5.859 GHz,完全覆蓋IEEE 802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)。

在此基礎(chǔ)上制作了一款天線(xiàn)實(shí)物，照片如圖4所示。

天線(xiàn)實(shí)物的S 參數(shù)采用Agilent E5071C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)試。圖5是天線(xiàn)S11參數(shù)的實(shí)測(cè)結(jié)果。從圖5中可以看出，實(shí)測(cè)結(jié)果達(dá)到WLAN的三頻段帶寬要求。

改變圖2所示天線(xiàn)中S 的長(zhǎng)度，進(jìn)行仿真對(duì)比，結(jié)果如圖6 所示。從圖6 中可看出，S 的長(zhǎng)度對(duì)WLAN 天線(xiàn)高頻部分的帶寬有較大影響。

圖7給出所設(shè)計(jì)的天線(xiàn)在2.4 GHz,5.2 GHz,5.8 GHz三頻點(diǎn)處的電流分布圖。從圖7中可以看出在2.4 GHz電流主要集中在左上部分和下部分支路，在5.2 GHz電流主要集中在下部分支路，在5.8 GHz電流主要集中在右上部分和下部分支路。[!--empirenews.page--]

圖8給出了該天線(xiàn)在2.4 GHz,5.2 GHz,5.8 GHz處的二維方向圖。從圖8中可以看出方向圖在三個(gè)頻點(diǎn)處都具有全向性。在高頻處，因天線(xiàn)尺寸的細(xì)微改變都會(huì)導(dǎo)致表面電流分布的較大變化，故方向圖有一定的曲折。

圖9給出的是該天線(xiàn)在2.4 GHz,5.2 GHz,5.8 GHz處增益的三維方向圖。在2.4 GHz時(shí)增益可達(dá)到5.37 dB,5.2 GHz時(shí)增益為2.4 dB,5.8 GHz時(shí)增益達(dá)到4.77 dB.

圖10 為天線(xiàn)仿真得到的輻射效率和總效率，其中天線(xiàn)在2.4 GHz,5.2 GHz,5.8 GHz點(diǎn)處的總效率分別為78%,82%,76%.在WLAN三個(gè)頻帶內(nèi)的總效率范圍是67%~87%.

綜合以上的仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果，所設(shè)計(jì)天線(xiàn)的-10 dB阻抗帶寬完全符合WLAN 的IEEE 802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)，且具有良好的方向性和輻射效率，滿(mǎn)足在手機(jī)中的應(yīng)用要求。

3 結(jié)論

該款應(yīng)用于手機(jī)中的WLAN天線(xiàn)，仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果表明，具有較寬的-10 dB阻抗帶寬，良好的方向圖和效率，而所占面積僅為7.5 mm×19 mm.尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，符合如今手機(jī)“輕、薄、小”的潮流。對(duì)手機(jī)內(nèi)置天線(xiàn)的小型化的設(shè)計(jì)具有重要意義。