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基于IEEE 802.11標準的無線局域網（WLAN）允許在局域網絡環境中使用可以不必授權的ISM（IndustrialScientific and Medical）頻段中的2.4 GHz或5 GHz射頻波段進行無線連接。因此WLAN作為當前最有效的無線接入網絡之一，已被廣泛應用在無線通信中。與利用雙絞銅線構成局域網絡相比，WLAN具有可移動、更迅捷、費用低、更可靠等優點。隨著無線局域網IEEE 802.11a標準（5.15~5.35 GHz，5.725~5.825 GHz）和IEEE 802.11b/g標準（2.4~2.483 5 GHz）的相繼提出，WLAN得到了迅猛發展。與此同時就要求頻帶性能可以同時達到IEEE802.11a/b/g標準。 隨著無線通信的迅猛發展，手持式移動終端設備成為人們日常生活的必須品。手機作為使用最普遍的一種，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。人們根據微帶天線的特性，進行一系列的改進。包括利用共面波導饋電，多層結構，縫隙加載技術來實現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19 mm，寬度為7.5 mm.尺寸小、結構簡單、易于加工，可工作在無線局域網的2.4 GHz、5.2 GHz、5.8 GHz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118 mm×58 mm，厚度為1.2 mm，相對介電常數為4.4. 該天線占用PCB 板的面積為7.5 mm×19 mm，其背面切去地板尺寸為9 mm×33 mm.WLAN 天線結構的具體尺寸在圖2中進行標注。在圖2中，A為饋電點，B為接地點，其寬度均為1.1 mm. 
圖1 WLAN天線結構示意圖
圖2 WLAN天線具體結構及尺寸（單位：mm） 2 仿真與測試結果及分析 對圖2中所示結構用仿真軟件進行仿真，設置的掃頻范圍從2~6 GHz.得到-10 dB 的阻抗帶寬如圖3 所示。從圖3中看出帶寬以-10 dB為標準，得到的低頻部分的帶寬為2.344~2.528 GHz，而高頻部分帶寬為4.607~5.859 GHz，完全覆蓋IEEE 802.11a/b/g標準。
圖3 天線S11仿真結果 在此基礎上制作了一款天線實物，照片如圖4所示。
圖4 WLAN天線的實物圖 天線實物的S 參數采用Agilent E5071C矢量網絡分析儀進行測試。圖5是天線S11參數的實測結果。從圖5中可以看出，實測結果達到WLAN的三頻段帶寬要求。
圖5 WLAN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，進行仿真對比，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2.4 GHz，5.2 GHz，5.8 GHz三頻點處的電流分布圖。從圖7中可以看出在2.4 GHz電流主要集中在左上部分和下部分支路，在5.2 GHz電流主要集中在下部分支路，在5.8 GHz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2.4 GHz，5.2 GHz，5.8 GHz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2.4 GHz，5.2 GHz，5.8 GHz處增益的三維方向圖。在2.4 GHz時增益可達到5.37 dB，5.2 GHz時增益為2.4 dB，5.8 GHz時增益達到4.77 dB。
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2.4 GHz，5.2 GHz，5.8 GHz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-10 dB阻抗帶寬完全符合WLAN 的IEEE 802.11a/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，仿真和實測結果表明，具有較寬的-10 dB阻抗帶寬，良好的方向圖和效率，而所占面積僅為7.5 mm×19 mm.尺寸小，結構簡單，易于加工，符合如今手機“輕、薄、小”的潮流。對手機內置天線的小型化的設計具有重要意義。 |
