應用于手機中的WLAN三頻帶天線設計

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】應用于手機中的WLAN三頻帶天線設計基于IEEE802.11標準的無線局域網(wǎng)（WLAN）允許在局域網(wǎng)絡環(huán)境中使用可以不必授權的ISM（IndustrialScientificandMedical）頻段中的2.4GHz或5GHz射頻波段開展無線連接。因此WLAN作為當前有效的無線接入網(wǎng)絡之一，已被廣泛應用在無線通信中。與利用雙絞銅線構成局域網(wǎng)絡相比，WLAN具有可移動、更迅捷、費用低、更可靠等優(yōu)點。隨著無線局域網(wǎng)IEEE802.11a標準（5.15~5.35GHz，5.725~5.825GHz）和IEEE802.11b/g標準（2.4~2.4835GHz）的相繼提出，WLAN得到了迅猛發(fā)展。與此同時就要求頻帶性能可以同時到達IEEE802.11a/b/g標準。

隨著無線通信的迅猛發(fā)展，手持式移動終端設備成為人們日常生活的必須品。手機作為使用普遍的一種，被提出越來越高的要求。輕、薄、小成為如今手機發(fā)展的潮流。即在極為有限的空間內設計出符合要求的天線，這使得天線的設計難度增大。微帶天線由于其尺寸小、低剖面、質量輕、易加工、成本低等特點，在手機中被廣泛應用。人們根據(jù)微帶天線的特性，開展一系列的改良。包括利用共面波導饋電，多層構造，縫隙加載技術來實現(xiàn)帶寬增加和天線尺寸減小。本文設計了一種微帶天線，其長度為19mm，寬度為7.5mm.尺寸小、構造簡單、易于加工，可工作在無線局域網(wǎng)的2.4GHz、5.2GHz、5.8GHz三頻段，在手機中具有很高的應用價值。1.天線設計用常見的FR4基板模擬手機電路板，該PCB板尺寸為118mm×58mm，厚度為1.2mm，相對介電常數(shù)為4.4。該天線占用PCB板的面積為7.5mm×19mm，其反面切去地板尺寸為9mm×33mm。WLAN天線構造的具體尺寸在圖2中開展標注。在圖2中，A為饋電點，B為接地點，其寬度均為1.1mm。圖1WLAN天線構造示意圖

圖2WLAN天線具體構造及尺寸（單位：mm）

2.仿真與測試結果及分析

對圖2中所示構造用仿真軟件開展仿真，設置的掃頻范圍從2~6GHz.得到-10dB的阻抗帶寬如圖3所示。從圖3中看出帶寬以-10dB為標準，得到的低頻部分的帶寬為2.344~2.528GHz,而高頻部分帶寬為4.607~5.859GHz,完全覆蓋IEEE802.11a/b/g標準。

圖3天線S11仿真結果

在此根底上制作了一款天線實物，照片如圖4所示。

圖4WLAN天線的實物圖

天線實物的S參數(shù)采用AgilentE5071C矢量網(wǎng)絡分析儀開展測試。圖5是天線S11參數(shù)的實測結果。從圖5中可以看出，實測結果到達WLAN的三頻段帶寬要求。

圖5WLAN天線的S11實測結果

圖6不同S長度的回波損耗仿真結果

改變圖2所示天線中S的長度，開展仿真比照，結果如圖6所示。從圖6中可看出，S的長度對WLAN天線高頻部分的帶寬有較大影響。

圖7給出所設計的天線在2.4GHz,5.2GHz,5.8GHz三頻點處的電流分布圖。從圖7中可以看出在2.4GHz電流主要集中在左上部分和下部分支路，在5.2GHz電流主要集中在下部分支路，在5.8GHz電流主要集中在右上部分和下部分支路。

圖7天線在不同頻率時的電流分布

圖8不同頻率處的二維方向圖

圖8給出了該天線在2.4GHz,5.2GHz,5.8GHz處的二維方向圖。從圖8中可以看出方向圖在三個頻點處都具有全向性。在高頻處，因天線尺寸的細微改變都會導致表面電流分布的較大變化，故方向圖有一定的曲折。

圖9給出的是該天線在2.4GHz,5.2GHz,5.8GHz處增益的三維方向圖。在2.4GHz時增益可到達5.37dB,5.2GHz時增益為2.4dB,5.8GHz時增益到達4.77dB。

圖9不同頻率時的三維方向圖

圖10天線的效率

圖10為天線仿真得到的輻射效率和總效率，其中天線在2.4GHz,5.2GHz,5.8GHz點處的總效率分別為78%,82%,76%，在WLAN三個頻帶內的總效率范圍是67%~87%。

綜合以上的仿真和實測結果，所設計天線的-10dB阻抗帶寬完全符合WLAN的IEEE802.11a/b/g標準，且具有良好的方向性和輻射效率，滿足在手機中的應用要求。

3.結論

該款應用于手機中的WLAN天線，仿真和實測