小型化CPW馈电G型双频天线设计解析

　1 引言
　　近年来，随着无线局域网技术迅猛发展，双频及多频工作的天线日益受到重视。由于无线局域网（WLAN）开放的频段，在无线通信技术中有着非常重要的应用。为了能在同一天线上实现2.402GHz—2.482GHz（IEEE802.11b/g）和5.15GHz—5.87GHz （IEEE802.11a）的频段覆盖，双频或多频天线应运而生。CPW结构具有工作频带宽、单一金属层、易于与有源设备或MMIC集成等优点，CPW馈电的天线已被很多人设计应用于无线局域网通信。介绍了多种双频单极子，但它们共同的缺点是阻抗带宽比较窄。天线需要一短路探针连接地面和印刷单极子，这样增加了设计的复杂性以及制作成本。
　　本文给出了一种小型化的应用于无线局域网的CPW馈电G型单极子双频天线。天线的整体结构尺寸为22×18.5×1.6mm3，约为文献［5］的1/5、文献［6］的2/9。在WLAN（分别为2.402GHz-2.482GHz （IEEE802.11b/g）和5.15GHz-5.87GHz（IEEE802.11a））频段内达到频带工作要求，且辐射方向图满足全向性
　　2 天线设计与仿真
　　图1为双频G型天线的结构图。介质基板为FR4，厚度为1.6mm，介电常数为4.4。天线的辐射单元类似于G型，采用CPW馈电方式。天线的结构尺寸先采用基于有限元的全波仿真软件HFSS优化得到。G型天线金属条带宽度为2mm，与CPW馈电结构的中心信号线尺寸一致，CPW结构的槽宽为0.2mm，刚好为标准的50共面波导。天线整体优化后得到的天线尺寸为：l1=5mm，l2=10.5mm，l3=11mm，l4=4.5mm，l5=7mm，l6=4mm，W_sub=18.5mm，L_sub=22mm。
　　
　　（a）
　　
　　（b）
　　图1 天线的几何结构图（a） 俯视图 （b）前视图
　　G型天线单元有两个不同的谐振路径，分别为l路径L1等于l1+ l2+ l3+l4和路径L2等于l5 + l6。这两个不同的路径长度L1，L2分别接近2.4GHz和5.2GHz的四分之一波长。通过调节L1的长度使天线谐振于2.4GHz工作频段，同样的通过调节L2的长度使天线谐振于5.2GHz工作频段。另外，通过全局优化天线的结构尺寸（l1，l2，l3，l4，l5，l6，S）可以改善2.4GHz和5GHz的频带宽度。通过调节l6的长度，可以有效的展宽5GHz频段的宽度。通过调节l4的长度，可以有效的展宽2.4GHz频段的宽度。另外，通过适当调整两个谐振路径的相对位置，可以改善天线的辐射特性。