摘 要： 介紹了一種水平極化全向天線(xiàn)" title="全向天線(xiàn)">全向天線(xiàn)，先仿真設(shè)計(jì)" title="仿真設(shè)計(jì)">仿真設(shè)計(jì)再加工制作,，最后實(shí)際測(cè)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(xiàn)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(jiǎn)單緊湊，可用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)終端通信,。
關(guān)鍵詞： 水平極化 全向天線(xiàn) 2.4GHz頻度 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)終端
全向天線(xiàn)[1～4]在無(wú)線(xiàn)通信中發(fā)揮著重要的作用,，常見(jiàn)的多是垂直極化天線(xiàn)，水平極化的不多,，然而水平極化全向天線(xiàn)卻有著獨(dú)特的應(yīng)用,。在城市或者室內(nèi)無(wú)線(xiàn)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(jiàn)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(guò)多徑" title="多徑">多徑傳播,，即信號(hào)要經(jīng)過(guò)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(guò)多徑傳播后，極化要發(fā)生旋轉(zhuǎn),，因此一般來(lái)說(shuō),，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,?？梢钥紤]在移動(dòng)終端安裝一個(gè)水平極化天線(xiàn)和一個(gè)垂直極化天線(xiàn)，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(xiàn)，一個(gè)水平極化天線(xiàn)和一個(gè)垂直極化天線(xiàn),，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(lái)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(xiàn)的系統(tǒng)比發(fā)射端和接收端都采用垂直極化天線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)，屬平面結(jié)構(gòu),，被印刷在一塊面積只有24.3×24.3mm2的常見(jiàn)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(xiàn),。本文采用此結(jié)構(gòu)進(jìn)行2.4GHz頻段的設(shè)計(jì)。天線(xiàn)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(jiàn)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(chēng)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(xiàn)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(guò)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(xiàn),。采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Wiltron-37269A測(cè)量了該天線(xiàn)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(kāi)放遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量暗室,對(duì)天線(xiàn)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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由圖3～5可以看到：在2.45GHz頻段上，該天線(xiàn)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(jì)了一種水平極化平面印刷全向天線(xiàn)。利用HFSS進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì),，并加工制作了該天線(xiàn),，測(cè)試結(jié)果表明：在2.4GHz頻段，該天線(xiàn)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(xiàn)可用于2.4GHz無(wú)線(xiàn)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(mǎn)足ISM2.4GHz頻段的要求(2400MHz～2483.5MHz),。
參考文獻(xiàn)
1 Baumer C, Landstorfer F.Design of omnidirectional slot antennas with vertical polarization[C]. IEEE Trans on Ant-ennas and Propagation Symp,1990;(2):938～941
2 Taylor R M. A broadband omnidirectional antenna[C]. IEEE Trans on Antennas and Propagation Symp, 1994;(2):1294～1297
3 Hsiao F R, Wong K L.Omnidirectional planar folded dipole antenna[J]. IEEE Trans on Antennas and Propagation,2004;52(7):1898～1902
4 Bancroft R, Bateman B. An omnidirectional planar microstrip antenna[J]. IEEE Trans on Antennas and Propagation,2004;52(11):3151～3154
5 Dmitry C, Jonathan L, Reinaldo A V. The effect of electric field polarization on indoor propagation. In: IEEE ICUF′C, Florence Italy, 1998
6 Soras C, Karahoiks M, Tsachtsiris G, Makos V. Analysis and design of an inverted-F antenna printed on a PCMCIA card for the 2.4GHz ISM band[J]. In:IEEE Trans on Antennas and Propagation, 2002;44(1):37～44
7 Chuang H R. Omni-directional horizontally polarized alford loop strip antenna. US patent 5,767,809, June 1998