小型化倒F双频WLAN天线的设计

【关键词】无线局域网 小型化 双频 倒F天线

[Abstract] A dual-band inverted-F planar printed antenna is presented in this paper. The size of the antenna is 20mm（height） ×13mm（width） ×

[Key words]WLAN compact dual-band inverted-F antenna

1 引言

本文针对已有WLAN双频天线的一些不足，以倒F天线为基础，利用弯折线和倒L加载等小型化技术，提出了一种WLAN双频天线改进设计方案，能够在较宽的频段上实现良好的驻波比和方向图特性。

2 天线结构与原理

本文提出的双频倒F天线结构如图1所示：

（a）介质板上层结构正面图

（b）介质板下层结构正面图

由于倒F天线是谐振天线，其驻波比不大于ρ的相对带宽的计算公式为[6]：

所以，在ρ值一定时，要展宽天线带宽就要减少Q值，如减小介质板相对介电常数、增大介质板厚度等。故本文采取相对介电常数为4.4、厚度为1.5mm的FR4基片材料，使得天线带宽展宽。另外，还可以通过加载短路针的方法来有效展宽天线的带宽。

本文采用三维电磁仿真软件HFSS对天线进行仿真设计。在进行天线设计时，首先建立高频辐射臂、低频辐射臂和接地片结构进行仿真，并调整辐射臂长度，使其谐振在2.4GHz和5.5GHz频点附近，然后在馈电和接地片之间加载匹配网络，通过调整匹配段的尺寸，实现天线阻抗带宽的展宽。

3.1 电路参数分析

如图2（a）所示，L1参数对天线高频段带宽影响较小，主要影响低频段的带宽。随着L1的增大，高频段的谐振点位置基本不变，而低频段阻抗带宽变窄，谐振点向低频方向漂移，阻抗匹配变好。

如图2（b）所示，L2参数对天线低频段带宽影响较小，主要影响高频段的带宽。随着L2的减小，低频段的谐振频率位置基本不变，而高频段谐振频率向高频方向漂移。当L2=9.5mm和L2=8.5mm时，高频段存在两个谐振点，随着L2的减小，其中一个谐振点向高频方向漂移，另一个谐振点基本不变；当L2=7.5mm时，两个相近的谐振点基本重合，就相应地拓展了5.14―5.84GHz频段的带宽。

用HFSS进行参数优化，最终确定的几何尺寸如表1所示。

3.2 辐射参数分析

在天线带宽范围内，选取2.4GHz和5.5GHz这2个频率点对天线的增益辐射方向图进行分析。

总之，方向图的设计满足设计的初衷，但是由于小天线方向图受周围环境影响较大，因此单独的倒F天线的方向图只做参考，在设计时更加注重天线的阻抗性能的优化。

3.3 天线加工与实测结果

图6中的3条曲线分别是在天线左边、右边和下面放金属块时，天线回波损耗随频率变化实测数据。在不同的边界环境下，天线谐振点略有偏移。对于低频段，由于单独天线的低频段阻抗带宽较宽，因此在低频段能够保持在不同边界条件下回波损耗仍小于-10dB，满足一般WLAN天线的要求；对于高频段，其影响更大，其中在天线下面放金属块影响最为严重，这一点在天线设计和布局当中应该加以注意。

4 结束语

参考文献：

[2] Hai-Ming Hsiao， Jui-Han Lu， Jeun-Wen Wu. Y-Shaped Monopole Antenna with Dual-Broadband Operation for WLAN[J]. Microwave Opt Technol Lett， 2006，46（8）： 1476-1480.

[5] Y Liu， J Lee， K Jung， et al. Dual-Band PIFA Using Resonated Loop Feed Structure[J]. Electronics Letters， 2012，48（6）： 309-310.

[6] 钟顺时. 微带天线理论与应用[M]. 西安： 西安电子科技大学出版社， 1991.

[7] Balanis C A. Antenna Theory： Analysis and Design[M]. 3rd ed. John Wiley & Sons， 2001.