一种多频带印刷单极子天线的设计

提出了一种小型化的用于WLAN/WiMax通信系统的多频带印刷单极子天线。通过改进双“G”形的振子结构，使天线能在2.4 GHz，3.5 GHz和5.5 GHz谐振，实现2.4/5.2/5.8 GHz wLAN和3.5/5.5 GHz WiMax频带的覆盖。对加工后的天线模型测试表明，天线在工作频带内具有较宽的阻抗带宽和较好的辐射特性。因此，该天线可以应用在多频带无线通信系统中。 本文探讨的是一种针对WLAN（Wireless Local Area Network）和WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）通信系统的多频带印刷单极子天线的设计。这种天线旨在实现小型化，同时覆盖多个频段，以适应现代无线通信的需求。天线的设计基于改进的双“G”形振子结构，通过调整振子臂的长度，可以在2.4 GHz，3.5 GHz和5.5 GHz三个频率实现谐振，从而覆盖2.4/5.2/5.8 GHz的WLAN频带和3.5/5.5 GHz的WiMAX频带。 天线的具体结构包括一个印刷在FR4介质基板上的37mm×18mm尺寸的单元，基板的相对介电常数为4.4，厚度为1mm。馈电部分采用50 Ω的微带线，与SMA型同轴连接器相连。正面的双“G”形辐射贴片是对称的，其臂长的调整直接影响到天线的工作频率。通过Ansoft HFSS V13软件进行仿真，可以优化天线的尺寸以达到期望的电气性能。仿真结果显示，改变L2、L3和L5的值可以调整谐振频带的位置，而不显著影响其他频段的带宽。 实测结果与仿真结果相吻合，天线在2.3～2.50 GHz、3.17～4.11 GHz和4.82～7.14 GHz的频段内具有-10 dB的回波损耗，满足WLAN和WiMAX工作带宽的要求。此外，天线在2.45 GHz、3.5 GHz和5.5 GHz频点的远场方向图显示了类似单极子天线的特性，且在E面（y-z平面）辐射方向图呈现单极子特征，在H面（x-y平面）接近全向，这有利于信号的均匀传播。增益曲线则表明天线在2.45 GHz、3.5 GHz和5.5 GHz的峰值增益分别为2.12 dB、2.44 dB和3.44 dB，满足通信标准对增益的要求。 总结来说，这种多频带印刷单极子天线通过创新的双“G”形振子结构实现了小型化和多频段覆盖，有效地解决了现代无线通信系统中对天线性能的高要求。它可以广泛应用于需要覆盖多个频段的无线通信设备，如WLAN和WiMAX网络，为实现高效、稳定的无线数据传输提供了有力支持。这种设计方法对于优化天线性能、降低成本和减小天线体积具有重要的实践意义，为未来无线通信技术的发展开辟了新的可能。