一種應(yīng)用于WLAN雙頻的T型介質(zhì)諧振器天線

鄭浩天++林文斌++闞國錦++鄒德友

摘 要： 設(shè)計(jì)一種滿足WLAN雙頻的T型介質(zhì)諧振器天線。通過對(duì)介質(zhì)諧振器兩側(cè)進(jìn)行切割形成“T”型產(chǎn)生雙頻輻射，再由電磁仿真軟件建立模型并對(duì)其優(yōu)化，得到最佳的天線設(shè)計(jì)參數(shù)。仿真結(jié)果表明該天線實(shí)現(xiàn)了5.2 GHz和5.8 GHz的雙頻帶工作且均有很高的增益。該天線結(jié)構(gòu)簡單，僅在傳統(tǒng)矩形介質(zhì)諧振器天線的基礎(chǔ)上對(duì)介質(zhì)諧振器進(jìn)行了“T”型處理。

關(guān)鍵詞： T型介質(zhì)諧振器天線； 雙頻； 高增益天線； 諧振器切割

中圖分類號(hào)： TN82?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）21?0046?03

A T?type dielectric resonator antenna covering WLAN′s two frequency bands

ZHENG Haotian， LIN Wenbin， KAN Guojin， ZOU Deyou

（Institute of Electromagnetic Field and Microwave Technology， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China）

Abstract： A T?type dielectric resonator antenna meeting the requirement of WLAN dual?band was designed. Two sides of the dielectric resonator are cut to form the T?type antenna to produce dual?band radiation. The electromagnetic simulation software is used to establish and optimize the model to get the best design parameters of the antenna. The simulation result shows that the antenna can work at 5.8 GHz and 5.2 GHz， and has a high gain. The antenna has simple structure. The T?type processing for dielectric resonator is only performed on the basis of traditional rectangular dielectric resonator antenna.

Keywords： T?type dielectric resonator antenna； dual?band； high gain antenna； resonator cutting

0 引 言

介質(zhì)諧振器天線作為一種新型天線，近年來飛速發(fā)展。最早的介質(zhì)諧振器天線在1983年由Stuart A. Long等人提出并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[1]。介質(zhì)諧振器天線與傳統(tǒng)天線相比，介質(zhì)諧振器能夠設(shè)計(jì)的介電常數(shù)在8～100之間，形狀任意，饋電方式也多種多樣[1?3]。同時(shí)，它又具有體積小、造價(jià)低、重量輕且容易和平面電路進(jìn)行集成等優(yōu)點(diǎn)。相較于現(xiàn)在廣泛使用的微帶天線，它具有更寬的帶寬和更高的輻射效率[3?5]。

近年來，隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，其中無限局域網(wǎng)（WLAN）得到越來越廣泛的關(guān)注。WLAN主要的優(yōu)點(diǎn)是用戶能夠隨時(shí)隨地交換數(shù)據(jù)。目前WLAN天線主要應(yīng)用于三個(gè)頻段[6]：2.4 GHz（2.4～2.484 GHz），5.2 GHz（5.15～5.35 GHz）和5.8 GHz（5.725～5.825 GHz）。

利用介質(zhì)諧振器不同模式下諧振頻率不同的特點(diǎn)，激勵(lì)介質(zhì)諧振器工作在多個(gè)模式來獲得多頻帶[7]。本文通過對(duì)介質(zhì)諧振器左右兩端進(jìn)行切割，激勵(lì)出雙模，從而實(shí)現(xiàn)雙頻段。通過優(yōu)化介質(zhì)諧振器切割尺寸的大小，最終得到4.96～5.91 GHz的帶寬（反射系數(shù)小于-10 dB）。該天線的帶寬完全覆蓋了WLAN中的5.2 GHz和5.8 GHz兩個(gè)頻段，且具有較高的增益。使得該天線在WLAN中具有較高的實(shí)用價(jià)值。

1 天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1是T型介質(zhì)諧振器天線的模型。其中介質(zhì)基板使用的矩形介質(zhì)材料是FR4_epoxy（玻璃環(huán)氧樹脂），其相對(duì)介電常數(shù)為4.4；位于上方的介質(zhì)諧振器使用的矩形介質(zhì)材料是Arlon AR1000，其相對(duì)介電常數(shù)為10。接地板、微帶饋線和SMA使用的材料均是pec。

該天線關(guān)于[y]軸軸對(duì)稱，通過對(duì)介質(zhì)諧振器左右兩端切割產(chǎn)生雙頻，而切割的尺寸[L]和[W]的大小又決定了天線的頻帶范圍，隨著切割尺寸的不同，其頻帶范圍也會(huì)發(fā)生變化。為了更好地阻抗匹配和降低加工難度，這里采用SMA同軸饋電結(jié)構(gòu)。

2 天線優(yōu)化與結(jié)果分析

綜上分析可知，該天線的關(guān)鍵因素就是切割尺寸[L]和[W]的大小。因此用電磁仿真軟件對(duì)介質(zhì)諧振器切割尺寸[L]和[W]進(jìn)行仿真優(yōu)化。

從圖2（a）可以看出，切割尺寸[W]的大小與諧振點(diǎn)的高低成正比關(guān)系，即[W]增大，天線的頻帶整體右移。且對(duì)第二個(gè)諧振點(diǎn)的反射系數(shù)值改變非常明顯，對(duì)第一個(gè)諧振點(diǎn)的反射系數(shù)值改變較小。

從圖2（b）可以看出，切割尺寸[L]的大小與諧振點(diǎn)的高低也成正比關(guān)系，即[L]增大，天線的頻帶整體右移，且移動(dòng)的幅度十分大，而對(duì)于諧振點(diǎn)的反射系數(shù)值來說，第一個(gè)諧振點(diǎn)的反射系數(shù)值的改變遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第二個(gè)諧振點(diǎn)的反射系數(shù)值的改變。

因此通過仿真優(yōu)化，最終得到諧振點(diǎn)5.2 GHz和5.8 GHz的反射系數(shù)圖，如圖3所示。endprint

優(yōu)化后的參數(shù)如下：介質(zhì)諧振器的長為21 mm，寬為22.5 mm，高為20 mm；切割尺寸[L=]8 mm，[W]為15.5 mm；介質(zhì)基板的長為51 mm，寬為59 mm，高為1.6 mm；微帶饋線的長為3 mm，寬為25.47 mm。如圖4所示。

從[S11]反射系數(shù)圖可以看出，該介質(zhì)諧振器天線帶寬覆蓋了WLAN的5.2 GHz和5.8 GHz兩個(gè)頻段，下面對(duì)該天線的增益大小進(jìn)行分析，如圖5所示為5.2 GHz和5.8 GHz時(shí)的增益圖，從圖5中可以看出下半部分的增益十分低，增益基本集中在上半部分。當(dāng)[θ=0°]時(shí)，[f=5.2]GHz的天線增益為5.859 2 dBi；[f=5.8 ]GHz的天線增益為6.173 2 dBi?？梢钥闯?，兩個(gè)諧振點(diǎn)的增益均在6 dBi左右，這個(gè)增益能夠滿足WLAN雙頻的實(shí)際工作要求。

3 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)了一種滿足WLAN雙頻的T型介質(zhì)諧振器天線。通過對(duì)介質(zhì)諧振器左右兩端進(jìn)行切割得到了雙頻帶，再通過優(yōu)化仿真切割長寬使諧振點(diǎn)位于5.2 GHz和5.8 GHz，且在諧振點(diǎn)處具有很高的增益。相較于其他文獻(xiàn)中的WLAN雙頻具有更小的體積，同時(shí)在結(jié)構(gòu)上相較于其他WLAN雙頻諧振器天線也更加簡單。

參考文獻(xiàn)

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