微帶天線在無線局域網(wǎng)的應(yīng)用

姜 云

(天津廣播電視網(wǎng)絡(luò)有限公司 天津300072)

1 研究背景與意義

傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)，是采用同軸電纜、雙絞線和光纖來連接的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)(Local Area Network，LAN)是指在一定范圍內(nèi)由多臺計(jì)算機(jī)連接而成的計(jì)算機(jī)組。網(wǎng)絡(luò)時(shí)代和信息時(shí)代的到來，使人們對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的依賴越來越強(qiáng)，一定范圍內(nèi)要求互聯(lián)的計(jì)算機(jī)數(shù)目相應(yīng)增加，類型多樣復(fù)雜；同時(shí)，手機(jī)上網(wǎng)日益普遍，傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)受到制約。因此，無線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展并日益成為人們生活不可或缺的一部分。

無線局域網(wǎng)(WLAN，Wireless Local Area Networks)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線電通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它提供了使用無線多址信道的一種有效方法來支持計(jì)算機(jī)之間的通信，利用射頻技術(shù)與電磁波技術(shù)，具有安裝便捷、良好的移動性等優(yōu)點(diǎn)。天線設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，使得在 WLAN中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在保證信號強(qiáng)度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)區(qū)域的覆蓋。

無線通信的發(fā)展必然需要射頻前端技術(shù)相應(yīng)提高。其中，平面印制天線具有集成度高、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，得到了重點(diǎn)關(guān)注和發(fā)展。其優(yōu)勢具體表現(xiàn)在與傳統(tǒng)天線相比，具有更為緊湊的二維結(jié)構(gòu)和較低的剖面，在PCB板上較容易集成，并且方便進(jìn)行電路一體化設(shè)計(jì)。經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)，平面印制天線可以在占有很小面積的情況下，實(shí)現(xiàn)較高的增益和足夠的帶寬。

2 微帶天線的發(fā)展現(xiàn)狀

微帶天線由一片薄介質(zhì)片構(gòu)成，介質(zhì)片的一面用金屬沉積有幾何形狀的輻射元，通常是矩形、圓形等，而另一面則貼以金屬薄層，用來作為接地板。由于微帶天線的構(gòu)成特點(diǎn)，使其具有很多突出優(yōu)點(diǎn)：①體積較小，重量又很輕，同時(shí)它有低剖面的結(jié)構(gòu)，能夠較容易地實(shí)現(xiàn)與載體共形；②可以大批量生產(chǎn)，并且成本相對低廉；③散射截面很小；④可以獲得單方向上的寬瓣方向圖，其最大輻射方向是在平面的法線方向；⑤與微帶線路能夠較容易實(shí)現(xiàn)集成；⑥可以比較容易實(shí)現(xiàn)線極化和圓極化，并且容易達(dá)到雙頻段、雙極化等多功能工作。

微帶天線的這些特殊優(yōu)點(diǎn)使其在約100,MHz～100,GHz的寬廣頻域上日益廣泛地得以應(yīng)用。在遙感技術(shù)、衛(wèi)星通信、雷達(dá)監(jiān)控、導(dǎo)彈遙測、生物醫(yī)學(xué)輻射器以及各種無線電設(shè)備中都有微帶天線的使用。

但是，微帶天線與其他天線相比也有一些缺點(diǎn)，不足之處表現(xiàn)在：①單個(gè)微帶天線的功率容量較低；②介質(zhì)片的質(zhì)量對微帶天線性能影響較大；③效益較低，例如在匹配負(fù)載上會有很大的損耗；④帶寬相對較窄；⑤會出現(xiàn)副瓣不容易控制的情況，因?yàn)樵诒砻娌ā⒔宇^、饋線等會產(chǎn)生不需要的輻射。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，微帶天線的優(yōu)勢大大超過它的劣勢，并且，通過一些合理的設(shè)計(jì)，微帶天線的不足將會得到很大的改善。隨著研究設(shè)計(jì)的日益完善，微帶天線將會在更多領(lǐng)域更好地發(fā)揮作用。

3 微帶天線的分類

常用的微帶天線是在一個(gè)薄介質(zhì)基片上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面采用光刻腐蝕等方法制作出一些特定形狀的金屬貼片，利用微帶線或者同軸探針對貼片饋電。當(dāng)金屬貼片是一個(gè)面積單元的時(shí)候，我們稱其為微帶天線；當(dāng)金屬貼片是一個(gè)細(xì)長帶條的時(shí)候，我們稱其為微帶陣子天線。當(dāng)然，金屬貼片還可以是其他形狀。還有另外一種微帶天線我們稱其為微帶縫隙天線，它是由微帶饋線和開在地板上的縫隙組成，即把接地板刻出窗口即縫隙，而在介質(zhì)基片的另一面刻出微帶線對縫隙饋電，縫隙的形狀也是多種多樣的。

具體說，微帶天線可以分為 3種基本類型：微帶貼片天線、微帶行波天線和微帶縫隙天線。

3.1 微帶貼片天線

微帶貼片天線是由一個(gè)薄的介質(zhì)基片構(gòu)成，在基片的一面上有任意平面幾何形狀的導(dǎo)電貼片，基片的另一面上接地板。在設(shè)計(jì)使用中可以通過改變饋電位置來調(diào)節(jié)天線的輸入阻抗，也可以通過適當(dāng)?shù)卦黾踊暮穸然蚱渌椒▉碚箤掝l帶。但是，同時(shí)應(yīng)注意避免出現(xiàn)明顯的表面波，表面波是指因?yàn)榻拥匕迳系慕橘|(zhì)層會造成電磁場束縛在導(dǎo)體表面附近傳播而不向空間輻射而產(chǎn)生的波。

3.2 微帶行波天線

微帶行波天線(Microstrip Traveling-Wave Antenna)是由基片、在基片一面上的鏈形周期結(jié)構(gòu)或普通的長TEM波(TEM波即電磁波的電場和磁場都在垂直于傳播方向的平面上)傳輸線和基片另一面上的地板組成。微帶行波天線沿線傳輸行波，一端接一個(gè)匹配負(fù)載，當(dāng)天線上維持行波的時(shí)候，可以通過設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)主波束位于從邊射到端射的任意方向。

3.3 微帶縫隙天線

微帶縫隙天線由微帶饋線和開在地板上的縫隙組成，縫隙的形狀多樣化，可以根據(jù)具體設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇，一般常見的有寬縫天線、窄縫天線、圓環(huán)縫天線、圓貼片縫天線等。

4 天線在無線局域網(wǎng)的應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的日益發(fā)展，人們對信息的需求度日益提高，需要在任意時(shí)間、任意地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸與接收。因此，就要求無線、移動、多媒體的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與之相適應(yīng)，這些都進(jìn)一步推動了無線局域網(wǎng)的發(fā)展。無線局域網(wǎng)憑借無線傳輸信道，能夠?qū)崿F(xiàn)在一定范圍內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)通信，是有線局域網(wǎng)的發(fā)展和延伸。天線技術(shù)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展完善，能夠保證在選定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信號強(qiáng)度穩(wěn)定的覆蓋，其中，微帶天線更是因?yàn)槠渚哂行詢r(jià)比高、集成度更高、體積小等特殊優(yōu)點(diǎn)成為無線局域網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)重點(diǎn)研究領(lǐng)域，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了不俗的成績。

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