平板WIFI定向天線的研究范文

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《無線電通信技術雜志》2015年第二期

1天線模型構建及分析

設計的平板wifi定向天線結構如圖1所示，天線的結構為上下重疊卻不接觸2塊平板，材料選定為銅。上面較小的銅片作為天線的輻射面，長為L2，寬為L1；下面較大的銅片作為天線的接地面，長為L4，寬為L3。輻射片與接地片中間間隔為H1使用不導電的介質作為支架，天線端口長為L6，寬為L7。

設計要求天線能工作在2．4GHz附近，諧振點回波損耗小于－25dB，輻射功率前后比達到5dB。由此可知，隨著上下板間距H1的增大，天線的回波損耗變小，且工作中心頻率向低頻端移動；隨著L3的增大，即接地面面積的增大，天線的回波損耗變小，中心頻率向低頻端移動；隨著L1的增大即輻射面面積的增大，天線回波損耗數值變大，但中心頻率較大幅度地向左側偏移；H2的變化對天線特性的影響不明顯。通過上面的數值分析，掌握了天線幾何尺寸對阻抗匹配特性的影響，再考慮到天線定向輻射強度分布的要求，可借助于HFSS進行全面優化，得到能夠滿足天線設計要求的最終尺寸為：L1＝54mm、L2＝58mm、L3＝70mm、L4＝64mm、L5＝4mm、L6＝14mm、L7＝15mm、H1＝15mm及H2＝6mm。

在此尺寸下頻率f＝2．4G的輻射方向圖如圖3所示，在yz平面內，定向輻射明顯，最大輻射指向θ＝0°的方向，最大增益達到8dBi；在xz平面的900方向，存在不對稱的較小輻射，但相對于0o方向的輻射，數值很小。

2天線模型制作與測量

天線模型采用厚銅皮制作，用同軸線饋電，如圖4所示。天線回波損耗通過矢量網絡分析儀進行測量。為便于分析，將測量數據與最終尺寸的仿真數據進行比較，如圖5所示。可以看出，天線的回波損耗測試結果與仿真結果存在少量偏差，但總體吻合，測量值在頻率2．46GHz左右得到的回波損耗最小，即匹配程度最佳。由于在WLAN中2．4GHz頻段范圍在2．4～2．483GHz內，所以該實驗結果符合天線的設計要求。將制作的天線與無線路由器連接，在筆記本電腦上安裝WIFI檢測軟件，利用筆記本電腦的無線上網功能在戶外開闊地帶可定量測量天線的輻射特性。經過歸一化處理后所得的測試結果如圖6所示。由圖可知，天線在0°時增益最大，且輻射的分布特性與仿真結果具有較好的一致性。

3結束語

所構建的平板天線結構簡單，使用方便，在wifi頻率范圍具有較強的定向輻射能力，且匹配性能良好。通過仿真計算和模型測試，在一定誤差范圍驗證了兩者結果的一致性。由于天線具有結構簡單、調整方便和造價低廉等突出優點，因此在天線工程中具有一定應用價值。

作者：金晨王琪趙迎單位：南京工程學院通信工程學院