WLAN双频单极子天线设计
应用于WLAN和WiMAX的双频带印刷天线设计
因此 ， 设 计 结构 紧 凑 、 费用 低 、 可 同时工 作 在 多个 频带 内的天线成 为设 计 的 目标 Ｊ 。
度为１ ５ ｍｍ。天 线 正 面 是 完 全 对 称 的 叉 子 形 辐 射 贴 片Ｐ 。通 过 调 节 辐 射 贴 片 两 臂 的长 度 ， 可 使 得 天 线 工作 在 ２ ． ４ Ｇ Ｈ ｚ ＷＬ Ａ Ｎ频 带 。 天 线 背 面 是 地 板 和 叉
ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｂ ｉｃ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ．Ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｉ ｓ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍｕ ｌ ｔ ｉ － ｂ ａ ｎ ｄ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．
摘 要 提 出了一种新 型的 用于 ＷＬ Ａ Ｎ ／ Ｗｉ ＭＡ Ｘ通信 系统的双频 带 印刷 单极 天线。通过 改进 的叉子 形的辐 射贴
片 ，使 天线在 ２ ． ４ Ｇ Ｈ ｚ 频 带 内谐振 。同时，在 介质基 板 背面的 引入 寄 生辐射 贴片 ，利 用与正 面的辐射 贴片 的耦 合效
随着现代移动通信产业的快速发展 ， 移动通信设备 更新 快 、 种类繁 多 、 集成 度高 ， 可 以同时拥 有多种 系统模
块（ 如Ｇ Ｓ Ｍ、 Ｇ Ｐ Ｓ 、 Ｂ ｌ ｕ ｅ ｔ ｏ ｏ ｔ ｈ 、 ＷＬ Ａ Ｎ或 Ｗｉ Ｍ Ａ Ｘ等 ） ， 并 能 稳定 、 高效地工作在较 高 的频率上 Ｊ 。 天 线作 为移 动 通信 系统 中通信 终 端 的 重 要部 件 。
双频微带天线设计
圖(一) monopole 天線示意圖
提出規格 2.45 GHz & 5.2GHz B.W. > 8%
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選擇天線幾何形狀 及饋入方式
圖(二) 天線製作的流程圖
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表(一) 常見的無線通訊標準所適用的頻段 英文全名 Global Positioning System 英文縮寫 GPS 中文翻譯 全球衛星定位系統 頻段 L1 band：1575.42 MHz L2 band：1227.60 MHz Global System for Mobil Communication Digital Communication System Personal Communication Services Integration of Mobile and Fixed Network Bluetooth PCS 個人通訊服務系統 1850 ~ 1990 MHz GSM *Enhanced GSM DCS 全球行動通訊系統 890 ~ 960 MHz *880 ~ 960 MHz 1710 ~ 1880 MHz
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些幾何圖形的變化可以來改善微帶天線窄頻帶的缺點，並利用單極化的特性來小 型化及降低總功率，使得微帶天線的指向性(Directivity)也比較好[19]。如圖(一)所 示 ，利用圓柱形近似法來找出單偶極微帶天線(Monopole Microstrip Antenna)的第一 個VSWR到達2的共振頻率點，用此方法可以得到不錯的近似，可以用來當作天線 設計的原型。其中饋入間隙 (Feed Gap)g的大小，會造成輻射金屬貼片 (Radiation Metallic Patch)和接地面(Ground Plane)間的電容性增加，使其阻抗不匹配，所以此 參數必須相當小心設計。 天線製作的流程如圖(二)所示，首先選擇天線所要設計的頻段，表(一)為目前 常 見 的 無 線 通 訊 標 準 所 適 用 的 頻 段 。 而 在 ISM 波 段 的 無 線 計 算 IEEE 標 準 有 Bluetooth(802.15)、WLAN(802.11b/g)的2.45GHz以及WLAN(802.11a)的5.2GHz，本 論文著墨於適用上述之頻帶的微帶天線設計。接著利用IE3D電磁模擬軟體根據所 設計的天線結構進行模擬分析，最後以雙面感光電路板(FR4)來製作出實際天線尺 寸並量測此天線之相關參數。
用于WLAN的双频单极天线的设计
用于WLAN的双频单极天线的设计摘要无线局域网即WLAN是一架连接通信网与终端设备的桥梁。
随着该项技术的慢慢发展，WLAN在实际的生活以及工作中的应用愈渐普及。
无线局域网对天线有独特的要求是由其自身的特性决定的。
由此，应用于WLAN的天线需具备小型化、宽频带和双频段的特性以及要低剖面且易共形和易集成。
而微带天线的剖面低和易共形等优点几乎囊括了WLAN天线所要达到的这些特性要求，所以其对于无线局域网的实现来说是非常理想的选择。
本文章在对国内和国外相关文献研究的基础上，通过对微带线的学习、分析和仿真及针对WLAN标准的要求，在文中提出了一种用于无线局域网的双频印刷单极天线。
此款天线可以方便地植入到无线通讯设备中，并且有较强的实用性。
该天线是由50 的微带传输线通过耦合馈电的方式对其具有对称性结构的S型贴片馈电。
天线获得阻抗带宽可以覆盖无线局域网2.4GHz/5.2GHz/5.8GHz。
天线的总体尺寸为22mm×49mm，结构紧凑，便于加工，易于集成，适合于无线通讯中的应用。
文中给出了天线的设计及不同参数对天线性能的影响。
关键词：WLAN；S型贴片；单极天线；耦合馈电；双频；小型化AbstractWireless local area networks (WLAN) is a bridge connecting communication network and terminal equipment. With the gradual development of this technology, the application of WLAN in real life and work is becoming more and more popular. Wireless local area networks (WLAN) has unique requirements for antennas, which are determined by its own characteristics. Therefore, the antenna used in WLAN needs to have the characteristics of miniaturization, broadband and dual-band, as well as low profile, easy conformation and integration. However, the advantages of microstrip antenna such as low profile and easy conformal almost include these characteristics of WLAN antenna, so it is an ideal choice for the realization of WLAN.Based on the research of domestic and foreign literatures, this paper proposes a dual-band printed monopole antenna for WLAN by studying, analyzing and simulating microstrip lines and meeting the requirements of WLAN standard. The antenna can be easily implanted into the wireless communication equipment and has strong practicability. The antenna is composed of 50 microstrip transmission lines by means of coupling feed to the symmetry of the structure of the s-shaped tiles feeder. The impedance bandwidth acquired by the antenna can cover 2.4GHz/5.2GHz/5.8GHz of the wireless local area networks. The overall size of the antenna is 22mm×49mm. It has compact structure, easy to process and integrate. It is suitable for wireless communication applications. The design of the antenna and the influence of different parameters on the performance of the antenna are given.Key words: Wireless Local Area Networks; S-type patch; monopole antenna; coupling feed; double frequency;miniaturization目录第1章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 论文主要内容 (3)第2章用于WLAN的双频印刷单极天线基本理论 (4)2.1 微带线馈电及耦合馈电 (4)2.2 微带天线的定义及分类 (4)2.3 单极天线基本参数及有限元数值分析法 (5)2.3.1 单极天线基本参数 (5)2.3.2 有限元数值分析法 (7)2.4 印刷单极天线工作原理 (7)2.5 天线的多频技术 (8)第3章WLAN、双频印刷单极天线的设计与分析 (9)3.1 天线的结构及分析 (9)3.2 天线的仿真设计与分析 (10)3.3 天线的各性能分析 (14)3.4 天线的总结 (16)第4章WLAN、双频印刷单极天线实物制作与分析 (17)4.1 天线的实物制作 (17)4.2 天线的分析 (17)4.3 天线小结 (19)第5章结束语 (20)参考文献 (20)致谢................................................................................................................................................................第1章绪论1.1 研究背景及意义无线局域网(WLAN)是一座把通信网络与终端设备连通的桥梁[1]。
适用于WLAN的单极子天线_最大增益可达3.33dB
适用于WLAN的单极子天线，最大增益可达3.33dB
时间：2015-07-03
四分之一波长单极天线根部的输入阻抗为偶极天线阻抗的一半。
辐射功率也为偶极天线的一半。
在某些移动和便携设备上，四分之一的波长还是太大了，在这种情况下可以用增加天线的电感来增加天线的电气长度，这种做法在天线的根部和中部都可以进行，或者也可以将整个天线做成线圈状。
本文中设计的中心频率为2.45Ghz的单极子天线。
设计步骤：
step1：根据频率可算出阵子长度。
由波长和频率的关系。
阵子长度l=1/4*（3*1011/2.45*109）mm=30.6mm。
step2：模拟地面的大小。
一般选取大于一个波长。
step3：在仿真软件中建模，仿真。
模型以及仿真结果：
（a）模型图
（b）端口馈电处特写
（c）仿真结果
模型下载：
【2.45Ghz单极子天线模型】水印网址可以下载。
双频手机天线设计
2023年 / 第9期 物联网技术410 引 言4G 网络创造了繁荣的网络经济，由于通信业务的多元化和复杂化，人们追求网络事物多样性的需求也日益增长，第五代移动通信系统（5G ）应运而生，它能够实现人与人、人与物、物与物之间的互联互通，VR 、自动驾驶、远程手术等具有巨大前景的技术也在5G 时代诞生并发展着。
5G 具有超大的带宽、巨大的传输速率，5G 时代的到来也促进着MIMO 技术的发展，但是其代价是增加了收发方的天线复杂度，使得天线设计必须考虑各个天线的互相影响，这对天线工程师来说是个巨大的挑战。
近年来，5G 技术越来越受到学术界和行业领域的关 注。
作为5G 无线通信的关键技术，大规模的MIMO 可以极大地提高信道容量。
因此，如何将越来越多的元件放置在有限的空间中是天线设计者面临的一个难题。
当各个天线单元之间的距离较小时，天线之间的耦合度会很大，对天线性能影响十分严重。
因此，如何提高各个天线间的耦合度成为MIMO 天线设计的重难点。
为了解决这一问题，通常采取以下3种方法：（1）将天线进行弯折，改变电流的路径，降低天线的谐振频率，这种方法也存在一定缺陷，改变电流的流向会导致方向图产生变异。
（2）提高板载天线介质板的介电常数能够增加隔离度，但是对于手机天线设计来说，一般使用FR4介质板，由于使用场景的限制，这种方法的可行性不是很高。
（3）利用耦合馈电使天线增加分布式电容，使天线激励起比较低的辐射模式，但是这种方法的困难点是馈电位置的选择。
1976年，Andersen 等人[1]从阻抗的方向出发，研究了天线耦合的问题，并将单极子天线作为例证。
Kokkinos 团队实现了利用地板缝隙对port PIFA 天线的去耦[2]。
Ban 等人[3]结合3.5 GHz 天线特点，利用中和线实现二单元4G MIMO 天线的去耦设计，其中的混合天线由GSM850/900/180/1800/1900/UMTS2100/LTE2300/2500和8个 工作于3 400～3 600 MHz 频段上的元件组成。
一种新型宽带双频板基天线设计与实现
一种新型宽带双频板基天线设计与实现许拓;刘成国;丁肇宇;张经纬;何大平;吴志鹏【摘要】研究并设计一种新型宽带双频单极子天线,工作频段为900 MHz和1.8 GHz,可在以物联网为代表的自持供电传感节点等系统中应用.基于单极子天线尺寸设计原理分析的基本结果,通过对天线双臂在不同等效电长度下的辐射特性研究,开展G型天线的优化仿真设计和研发.利用矢量网络分析仪和3D天线自动测试系统得到仿真和测试吻合的结果.实测结果表明:天线的半功率波束宽度分别能够达到73 °和126°,天线的反射系数小于-10 dB的阻抗带宽分别是90MHz(860 ～950MHz)和0.6 GHz(1.55～2.15 GHz),相对带宽分别是10％和33.3％,不圆度分别低于2.6和5.7 dB,电压驻波比均小于2.04.该天线实现对目标频段范围内的完全覆盖,得到大的波束宽度、宽带、双频等特性,天线结构简单,易于加工,实用性强.【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2018(035)011【总页数】5页(P199-203)【关键词】单极子天线;物联网;矢量网络分析仪;半功率波束宽度;阻抗带宽【作者】许拓;刘成国;丁肇宇;张经纬;何大平;吴志鹏【作者单位】湖北省射频微波应用工程技术研究中心湖北武汉430070;湖北省射频微波应用工程技术研究中心湖北武汉430070;湖北省射频微波应用工程技术研究中心湖北武汉430070;湖北省射频微波应用工程技术研究中心湖北武汉430070;湖北省射频微波应用工程技术研究中心湖北武汉430070;湖北省射频微波应用工程技术研究中心湖北武汉430070【正文语种】中文【中图分类】TP30 引言宽带多频板基天线是当代信息技术应用中的一个关键技术，在系统宽带化和多频化的应用系统中必须得到很好的解决。
例如，超低功耗芯片技术的发展使以物联网为代表的无线传感器节点功耗进入微瓦(μw)量级[1-2]，这使利用周围环境中(手机、无线局域网、FM/AM广播信号和电视信号等)的射频无线能量为其中低功耗传感器节点的自持供电技术提供了有效选择，成为目前的热门研究课题[3-4]。
单极子天线的设计
第五章 常用单极子天线的设计与实例§5.1常用的单极子天线...........................................................................................................- 2 - §5.1.1单极子天线..........................................................................................................- 2 - §5.1.2单极子天线的辐射场和电特性...........................................................................- 4 - §5.1.3单极子天线的馈电方法.....................................................................................- 11 - §5.2宽频带平面单极子天线的设计......................................................................................- 13 - §5.2.1 具有切角的平面单极子天线................................................................................- 14 - §5.2.2 具有短路节加载的平面单极子天线....................................................................- 17 - 5.3 总结....................................................................................................................................- 22 -§5.1常用的单极子天线§5.1.1单极子天线单极子（Monopole ）天线或称为直立天线是垂直于地面或导电平面架设的天线，已广泛应用于长、中、短波及超短波波段。
基于缺陷地结构的小型化双频单极子天线设计
4.4 参数分析· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 37 4.5 结果与讨论· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 40 4.6 本章小结· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 43 第五章 总结与展望 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 45 5.1 总结· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 45 5.2 展望· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 45 参考文献 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 47 致 谢 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 51 攻读硕士期间已发表的论文 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 53 攻读硕士期间参加的科研项目 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 53 攻读硕士期间申请的专利 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 53 攻读硕士期间参加的竞赛 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 53
应用于WLANWiMAX的双频带印刷天线设计论文
摘要在现在无线通信产业的飞速发展下，无线通信行业正遍布我国的各个领域，并且竞争也越来越激烈，而作为移动通信系统信终端的天线要求也就越来越高。
伴随着无线局域网中各项标准的出台，因此，研制可同时适用于多个频带的天线成为天线的设计的要求。
本文提出了一种应用WLAN/WiMAX通信系统的新型双频带印刷天线。
通过在微带板蚀刻对称的叉子形辐射贴片和寄生贴片，仿真设计了一款双频带印刷天线结构，借助于仿真软件对天线进行优化设计，使天线能覆盖2.4/5.2/5.8GHzWLAN和5.5GHz频带，并对其进行了测试。
结果表明，测试结果和仿真的结果一样，并且在带拥有良好的全向辐射特性。
论文共分为五个部分。
首先,论文简单介绍了无线局域网的基本概念,在了解了无线局域网的的基本知识后讨论了印刷天线发展情况,最后简单叙述了本次用的三维仿真软件。
其次,详细地回顾了天线的基本理论,包括天线的基本电参数,天线单元的馈电方法等等。
接着，介绍了WLAN/WiMAX双频带印刷天线的特点和设计特点以及设计要求。
然后介绍了应用于WLAN/WiMAX双频带印刷天线仿真的流程的具体步骤。
最后,论文总结了全部工作,并对未来相关研究工作做了适当展望。
【关键词】WLAN/WiMAX HFSS 双频对称叉子型ABSTRACTIn the current rapid development of wireless communication industry，wireless communications industry is all over the country in various fields,and more intense competition,as a mobile communication terminal in a communication system, it requires more and more antennas.With the introduction of wireless LAN standards, therefore,development of an antenna can be simultaneously applied to the plurality of band antenna design requirements become.This paper proposes a WLAN / WiMAX applications of new communications system dual-band printed antenna.Microstrip plate etching by fork-shaped symmetrical radiation patch and parasitic patch, simulation designed a dual-band printed antenna structure,by means of simulation software to optimize the design of the antenna, the antenna can cover 2.4/5.2/5.8GHzWLAN and 5.5GHz frequency bands, and tested it.The results showed that the test results and simulation results of the same, and have a good omnidirectional radiation characteristics inthe band.The thesis is divided into five parts.First, the paper introduces the basic concepts of wireless LANs, in the understanding of the basics of wireless LAN antenna discussed the development of printing, and finally a brief description of the three-dimensional simulation software used for this.Secondly, a detailed review of the basic theory of the antenna, the basic electrical parameters of the antenna elements comprising the antenna feed and the like.Then, introduced the WLAN / WiMAX features and design features and design requirements dual-band printed antenna.Then introduces the specific steps used in WLAN / WiMAX dual-band printed antenna simulation process.Finally, the paper summarizes all the work, and the future research work done properly discussed.【Key words】WLAN/WiMAX HFSS dual-frequency Symmetric fork type目录前言 (6)第一章绪论 (7)第一节无线局域网 (7)第二节印刷单极子天线 (8)第三节双频及多频天线 (8)第四节天线设计的仿真软件 (9)第五节本章小结 (9)第二章天线的基本理论 (10)第一节天线的电参数 (10)一、辐射功率和辐射电阻 (10)二、输入阻抗与驻波比 (10)三、效率 (11)四、方向图和主瓣宽度 (11)五、前后比 (12)六、方向系数 (12)七、增益系数（Gain） (12)八、极化 (12)九、频带宽度 (13)第二节微带天线的基本理论 (14)一、微带天线定义 (14)二、微带天线的优缺点及展宽频带的方法 (14)三、天线单元的馈电方法 (16)第三节印刷单极子天线 (17)一、印刷单极子天线与微带天线的联系和区别 (17)二、印刷单极子天线原理 (18)第四节本章小结 (21)22222223 (25) (26)第一节综述WLAN/WiMAX双频印刷天线的设计 (26)第二节 WLANWI\MiMAX双频带印刷天线的模型构建与仿真 (26)一、天线的模型构建 (26)二、结果分析 (37)第二节本章小节 (39)第五章总结和展望 (39)一、总结 (39)二、展望 (39)致 (40)参考文献 (41)附录 (42)一、英文原文： (42)二、英文翻译： (53)前言中国的天线产业从无到有，从购买成熟方案到自主设计，在短短的几十年的时间里，发展迅速并运用在各个领域，可以说目前中国天线研究设计行业已经发展到了非常兴盛的状态。
用于WLAN的多频印刷单极子天线
用于WLAN 的多频印刷单极子天线凡守涛尹应增王耀召李勤毅(西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室，西安710071)摘要：本文了设计了一种应用于无线局域网通信的多频印刷单极子天线。
天线采用微带线馈电，辐射体部分为双层倒置的等腰梯形。
等腰梯形这种渐变式的片状结构可以有效的增加天线带宽，仿真和实测结果表明天线的频带范围为2.2-2.75GHz 和4.75-6.75GHz 。
这样，天线不仅可以工作于IEEE 802.11 规定的2.45G (2.4-2.484 GHz )、5.2G (5.15-5.35 GHz )或5.8G ( 5.725-5.825 GHz)的无线局域网通信频段范围，而且可以应用在中心频率为2.45G 或5.8G 的射频识别( RFID )通信领域中。
另外，天线在各工作频点处具有良好的方向性。
关键字：印刷单极子，多频天线，无线局域网，射频识别Multi-Band Printed Monopole Antenna for WLAN ApplicationsFan Shoutao Yin Yingzeng Wang Yaozhao Li Qinyi( National Key Laboratory of Antennas and Microwave Technology, Xidian University, Xi ' an 7) 10071Abstract: In this paper, a new and simple multiband printed monopole antenna for wireless local area network WLAN ) applications is demonstrated. The antenna is composed of a double inverse trapezium element and a 50 ohm microstrip feeder. The prototype of double inverse trapezium can enhance the operation bandwidth which covers 2.45, 5.2, and 5.8 GHz WLAN bands. Not only the antenna suitable for WLAN applications but also for Radio frequency identification (RFID) systems. In addition, good omnidirectional radiation patterns have been obtained. Keywords: Printed Monopole, Multiband antenna, WLAN, RFID1 引言随着室内高速无线数据接入技术的发展，无线局域网( WLAN )通信技术引起了无线通信领域的极大关注。
实验三
实验三WLAN双频单极子天线设计一、实验目的1熟悉运用Ansoft HFSS软件2 理解和熟悉WLAN双频单极子天线的原理，及它的各个参数3分析仿真结果二、实验原理如下图所示结构大致分为5个部分，即介质层，高频单极子天线，低频单级子天线，微带馈线和参考地。
基质层的材质为Rogers R04003，相对介电常数为3.38，设计工作频率为2.4GHZ和5.49GHZ两个频段，对应波长为122mm和55mm,若在介质Rogers R04003中传播，对应波长变为66.4mm和30mm。
对于2.45GHZ的中心频率，若采用自由空间波长，则1/4波长单极子天线天线的长度为30.5mm，若采用介质的波长，为16.6mm。
对于5.6GHZ的中心频率，若采用自由空间波长，则1/4波长单极子天线天线的长度为13.8mm，若采用介质的波长，为7.5mm。
三、实验步骤1 设置参变量，如图所示2建模型。
创建长方体介质基片，介质为Rogers R04003，命名为Substrate，顶点心坐标（-40,-20，0）,长40,宽40，高度H创建介质层上表面单极子天线贴片模型。
（1）创建矩形面1，Rectanglel1顶点心坐标（0,-S/2，H）,长-L,宽S。
（2）创建矩形面2，Rectanglel2顶点心坐标（-（L-2*W）,-S/2，H）,长-W,宽-L1。
（3）创建矩形面3，Rectanglel3顶点心坐标（-（L-W），-（L1+S/2），H）,长-L2,宽W。
（4）创建矩形面4，Rectanglel4顶点心坐标（-L,S/2，H）,长W,宽R1.（5）创建矩形面5，Rectanglel5顶点心坐标（-（L-W）,R1+S/2，H）,长-R2,宽W。
合并操作生成完整的贴片模型。
操作如实验二所示。
创建介质层下表面的参考地模型。
创建长方形介质基片，命名为GND，顶点心坐标（0,-20，0）,长-11,宽40。
选中Rectanglel1和GND 设置为理想导体边界。
用于WLAN的双频圆极化天线的设计
_用于WLAN的双频圆极化天线的设计摘要天线作为接收和辐射电磁波的部件是无线通信系统中的一个重要的组成部分，而微带天线所具有的体积小、重量轻、易共形、剖面低、容易集成等各种特点正好符合了WLAN天线的要求，由于微带天线本身具有频带窄、高品质因数、效率低等缺点限制了它们的应用，因此工作可以实现收发一体的功能的双频带天线，就可以处理同步进行发射与接收的两个不同的频段的信号。
单极子和偶极子天线为线极化天线，如果发射端与接收端都为线极化天线，则当两者平行时接收效率最高，两者垂直时接收效率最低。
在实际应用中，若接收天线与发射天线垂直时很难接收到有用信号，故可考虑设计圆极化天线来进行替代，使发射与接收天线在任意角度都能有较好较稳定的信号传输。
普通的微带天线设计的带宽窄，因此本文通过在介质基板开缝的方式，调节两对对角缝隙的长度来实现双频圆极化，通过缝隙进行耦合馈电的方式供给天线激励，拓展了天线的带宽，并且可以在2.4GHz-2.5GHz和5.7GHz-5.85GHz两个频率之间达到指定的增益。
关键词：圆极化；双频；WLAN；微带缝隙天线AbstractThe antenna is an important component of the wireless communication system as a component for receiving and radiating electromagnetic waves,and the microstrip antenna has the characteristics of small size,light weight, easy conformality,low profile,easy integration, etc.The requirements of the antenna,due to the narrow band,high quality factor and low efficiency of the microstrip antenna itself,limit their applications.Therefore,the antenna working in the dual band can realize the function of transmitting and receiving,so that it can process synchronous transmission and reception.The signals of two different frequency bands. The monopole and dipole antennas are linearly polarized antennas.If both the transmitting end and the receiving end are linearly polarized antennas,the receiving efficiency is the highest when the two are parallel,and the receiving efficiency is the lowest when the two are vertical. In practical applications,if the receiving antenna is difficult to receive a useful signal when it is perpendicular to the transmitting antenna,it may be considered to design a circularly polarized antenna instead,so that the transmitting and receiving antennas can have better and stable signal transmission at any angle.The bandwidth of the conventional microstrip antenna design is narrow.Therefore,the double-frequency circular polarization is realized by adjusting the length of the two pairs of diagonal slits by slitting the dielectric substrate,the antenna excitation is provided by means of a slot-coupled feed,which expands the bandwidth of the antenna and achieves a specified gain between two frequencies of 2.4 GHz to 2.5 GHz and 5.7 GHz to 5.85 GHz.Key words:Circular polarization;dual frequency;WLAN;microstrip slot antenna目录第1章绪论 (1)1.1无线局域网的概述 (1)1.2选题的目的及意义 (1)1.3微带缝隙天线的发展现状 (2)1.3.1国外的发展动态 (2)1.3.2国内的发展动态 (2)第2章微带缝隙天线 (4)2.1微带缝隙天线的原理 (4)2.2缝隙天线的加载技术 (4)2.3微带天线的理论分析方法 (5)第3章微带天线技术 (7)3.1微带天线多频技术 (7)3.2微带天线产生圆极化的方式 (7)第4章天线的设计 (9)4.1介质基板及其材料的选择 (9)4.2 天线的耦合馈电 (9)4.3天线的结构 (9)第5章仿真结果分析 (14)第6章实物加工及分析 (22)6.1 天线的加工制作 (22)6.2天线的实测 (22)第7章研究展望 (24)参考文献 (24)致谢.............................................................................................................................................第1章绪论1.1无线局域网的概述计算机网络和无线通信技术的发展成熟使得无线局域网技术应运而生。
一种适用于WiFi的双频微带天线设计
0 引言
微带天线的概念早在1953年就已经提出了。和
其他天线一样，微带天线进行工程设计时，需要对
天线的性能参数预先估算，这大大提高了天线研制 的质量和效率，降低了研制的成本[1]。
随着移动通信技术的发展，WiFi在生产生活中
扮演着越来越重要的作用，利用单一天线实现多频
段的覆盖，可以建设天线数量，节约成本。本文设 计了一款圆形缝隙天线[2]，覆盖了2.4GHz和5.8GHz 以满足现行WiFi需求。 1 天线结构
中图分类号：TN405，TN470.5 文章编号：1674-2583(2021)05-0016-02 DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2021.05.006 中文引用格式：梁夷闽.一种适用于WiFi的双频微带天线设计[J].集成电路应用,2021, 38(05): 16-17.
16 集成电路应用 第 38 卷 第 5 期（总第 332 期）2021 年 5 月
Research and Design 研究与设计
表1 优化后的参数
（a）扫描圆形槽半径
（b）扫描正面单极子宽度
（c）扫描正面单极子长度 图2 双频天线参数优化图 设计要求。 3 结语 通过HFSS设计并仿真了此双频天线，在指定介
表1中，L为基板的长度，W为基板宽度，cu为 单极子宽度、t1为单极子长度、t2为圆形槽半径、t3 为L形条距离X轴的位置。
通过对优化后的参数进行仿真，得到的S11 参数曲线如图3所示，图中谐振频率为2.4GHz和
天线的尺寸对于谐振频率和S11参数都有很大的 5.8GHz，且对应的S11为-15.65dB和-14.77dB，达到 作者简介：梁夷闽，华东师范大学，研究方向：电子技术。 收稿日期：2021-03-27，修回日期：2021-04-12。
天线设计
开始拿到论文，我一看论文上面作者设计了很多天线，我不知道该做哪种。
而且论文上面也只有要求和结果分析，我就不知如何下手了，看了书也是不会。
后面我发现有一个WLAN 天线设计，于是我就根据书上步骤做了WLAN双频单极子天线设计。
我仿真出来的结果与那上面有差异。
设计要求：设计一个L型结构的微带线单极子天线，天线工作于IEEE802.11a 和802.11b两个频段。
IEEE802.11a工作频段在5.15GHz~5.825GHz，中心频率为5.49GHz，802.11b在2.4GHz~2.4825GHz，中心频率为2.44GHz。
开始仿真的结果如图
从图中可以看出在高频段，回波损耗小于-14dB,在低频段，损耗大于-10dB，书上说是因为天线长度太长，于是我就改变了R2的值
下图是R2在18~23mm的仿真图，
由结果可以看出，但R2为18mm时，X为2.51GHz，R2为19mm时，X为2.36GHz，所以取了18.5mm。
如下图：
可以得到，当长度R2=18.5mm时低频段谐振频率约为2.45GHz，于是把变量R2改为18.5mm 重新仿真得到下图：
通过图我建了下表
Name X Y
M1 2.4 -21.11
M2 2.48 -30.31
M3 5.15 -14.28
M4 5.825 -14.76
这次仿真，让我进一步了解了HFSS软件，但还是不太熟悉，虽然知道要操作哪些步骤，但是有时候会把步骤顺序搞错。
我觉得用这软件并不太难，在毕业设计中，学会它是很基础的，最重要的是理论结果分析。
频率可重构的单极子天线设计
频率可重构的单极子天线设计成根;段美玲;李文妮;韩丽萍【摘要】本文设计了一种频率可重构的单极子天线.天线由一个阶梯型馈线、两个L型枝节和一个矩形接地板组成.两个理想开关加载在馈线与枝节之间,通过控制开关状态改变天线的表面电流分布,从而实现频率可重构.天线的尺寸为35 mm×40 mm.仿真和测量结果表明:该天线可以在两个单频模式(2.4 GHz和5.2 GHz)以及一个双频模式(2.4 GHz/5.2 GHz)之间切换.天线在不同模式下都具有稳定的辐射方向图.%This paper presents a frequency-reconfigurable monoole antenna.The antenna consist of a stepped microstrip feed line,two L-shaped stubs and a rectangular ground plane,and two ideal switches are loaded between microstrip feed line and stubs.By changing the states of the switches,the current distribution will be altered,and then frequency reconfigurability is achieved.The overall size of the antenna is 35 mm × 40 mm.The simulated and measured results show that the proposed antenna can operate at two single-band modes (2.4 GHzand 5.2 GHz) and a dual-band modes (2.4 GHz/5.2 GHz).The proposed antenna has a stable radiation patterns in different modes.【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2017(031)002【总页数】5页(P148-152)【关键词】阶梯型馈线;频率可重构;单频模式;双频模式;单极子天线【作者】成根;段美玲;李文妮;韩丽萍【作者单位】山西大学物理电子工程学院,山西太原030006;山西大学外国语学院,山西太原030006;山西大学物理电子工程学院,山西太原030006;山西大学物理电子工程学院,山西太原030006【正文语种】中文【中图分类】TN821+.3近年来，随着无线通信技术的快速发展，对移动设备工作在不同应用环境的需求日益增加. 可重构天线依据设备所处应用环境，可以对天线的工作频率、辐射方向图、极化等特性进行重构，并且具有成本低、功能多、体积小和易于集成等优点，引起了国内外学者的广泛关注.频率可重构天线通过加载开关元件，如PIN二极管[1]，变容二极管[2]，射频微机电系统(RF-MEMS)[3]，以及GaAs场效应晶体管(FET)[4]等，改变天线的表面电流分布，从而改变天线的谐振频率，实现频率可重构. 然而，许多频率可重构天线只能工作在单频带或双频带模式. 文献[5]在半圆形贴片上的调谐枝节中加载3个PIN二极管，天线可以在4个单频带之间切换，频比为1.7∶1. 文献[6]在L型缝隙中加载5个PIN二极管，天线工作在6个单频带模式，工作频带为2.2～4.75 GHz. 此外，有学者在S型[7]、 T型[8]缝隙中加载PIN二极管，通过控制二极管的状态改变缝隙长度，实现频率可重构. 文献[9]在两个贴片单元分别刻蚀C型缝隙，并在馈电网络与两个贴片单元的连接处加载一对PIN二极管，天线工作在两个双频带模式和一个宽频带模式. 文献[10]设计了一个双频带可重构的缝隙天线，在缝隙的适当位置加载两个变容二极管，通过控制变容二极管的偏置电压，天线可以实现双频带的切换.本文设计了一种频率可重构的单极子天线. 在馈线与两个L型枝节的连接处分别加载一个开关，通过控制开关的通断实现频率可重构. 仿真和测量结果表明天线可以工作在两个单频模式和一个双频模式.天线的结构如图 1 所示. 该天线包括3层，上层为馈线和辐射单元，中间层为介质基板，下层为接地板. 辐射单元中两个L型枝节分别实现不同的工作频率，阶梯型馈线改善天线的阻抗匹配. 通过在馈线与两个枝节的连接处分别加载一个开关并控制二极管的通断，改变天线的表面电流分布，实现频率可重构. 设计的天线工作频率为2.4 GHz和5.2 GHz，利用三维电磁仿真软件HFSS进行仿真. 选用相对介电常数为4.4，厚度为1.6 mm的FR4介质基板，优化的参数为： W=35 mm, L=40 mm, lf=11 mm, wf =3 mm, lp=7 mm, wp=6 mm, l1=3.7 mm,l2=4.8 mm, l3=16.2 mm, l4=8.5 mm, d=2 mm, lg=14 mm, wg=40 mm. 理想开关用尺寸为1 mm × 0.8 mm 的铜片代替，用铜片的有无表示开关的导通和断开. 表1给出了天线的工作模式.图 2 为天线的仿真反射系数曲线. 由图2可知，在模式1(S1导通， S2断开)和模式2(S1断开， S2导通)时，天线工作在单频模式，谐振频率分别为f1=2.4 GHz 和f2=5.2 GHz；在模式3(S1导通， S2导通)时，天线工作在双频模式，谐振频率为f1/f2=2.4/5.2 GHz.为了说明天线的工作原理，对天线3种工作模式的表面电流分布进行了研究，如图3 所示. 图3(a)和图3(c)给出了天线模式1和模式3谐振频率为f1的电流分布，由图可知，电流主要集中在较长的L型枝节. 在模式2和模式3，谐振频率f2的电流主要集中在较短的L型枝节和阶梯型馈线边缘，如图3(b) 和3(d)所示.通过对天线进行敏感性分析，发现阶梯型馈线主要影响天线的匹配性能， L型枝节长度影响天线的谐振频率. 在分析某一参数对天线性能的影响时，其它参数均保持不变. 图 4 和图 5 分别给出了在模式3情况下阶梯型馈线长度lp和宽度wp对天线反射系数的影响. 从图4中可以看出，随着lp的增加，天线高频段的阻抗匹配逐渐变好. 由图 5 可知，采用普通微带馈线(wp=wf=3 mm)时，天线高频部分阻抗匹配很差，采用阶梯型馈线时高频段的匹配性能得到明显改善. 图 6 给出在模式3情况下l1和l2变化时的反射系数曲线. 从图中可以看出，随着l1或l2的增加，谐振频率f2逐渐降低，而f1保持不变. 图 7 为在模式3的情况下， l3和l4对天线反射系数的影响. 由图可知，随着l3或l4的减少，谐振频率f1逐渐变大，而f2基本不变.天线印制在相对介电常数为4.4的FR4介质基板上，图 8 为天线的实物图. 采用Agilent公司N5230A矢量网络分析仪测量天线的反射系数，采用Lab-Volt公司8092型自动天线测量系统测量天线的方向图和增益.图 9 为天线仿真和测量的反射系数曲线. 天线的测量结果和仿真结果基本吻合. 从图中可以看出，天线能够实现3个不同的工作模式： 2.4 GHz和5.2 GHz两个单频模式以及2.4 GHz/5.2 GHz一个双频模式，每个模式的-10 dB带宽分别为9.5% (2.31～2.54 GHz)，9.1% (4.95～5.42 GHz)以及10.5% (2.23～2.48GHz)/12.6% (4.87～5.41 GHz). 仿真和测量结果的差异主要是由介质基板介电常数的偏差以及制作误差引起.图 10 是天线仿真和测量的归一化辐射方向图. 从图中可以看出，测量结果与仿真结果基本一致. H面的方向图基本是全向型， E面的方向图基本呈“8”字型. 天线在模式1，模式2和模式3的峰值增益分别为2.86, 1.91,以及1.67/2.45 dBi，满足无线通信系统的要求.本文设计了一种频率可重构的单极子天线. 通过在馈线与两个L型枝节的连接处分别加载一个开关，控制开关的状态，选择相应的辐射单元，实现频率可重构. 天线在各个模式具有稳定的辐射性能并且结构简单容易制作，可以满足Bluetooth，WLAN等无线通信系统使用.【相关文献】[1] Majid H A, Abdul Rahim M K, Hamid M R, et al. Frequency-reconfigurable microstrip patch-slot antenna[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2013, 12: 218-220.[2] Gu H, Wang J P, Ge L. Circularly polarized patch antenna with frequency reconfiguration[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2015, 14: 1170-1173.[3] Zohur A, Mopidevi H, Rodrigo D, et al. RF MEMS reconfigurable two-band antenna[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2013, 12: 72-75.[4] Yang X L, Lin J C, Chen G, et al. Frequency reconfigurable antenna for wireless communications using GaAs FET switch[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2015, 14: 807-810.[5] Desmond Sim C Y, Han T Y, Liao Y J. A frequency reconfigurable half annular ring slot antenna design[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2014, 62: 3428-3431.[6] Majid H A, Rahim M K A, Hamid M R, et al. A compact frequency-reconfigurable narrowband microstrip slot antenna[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2012, 11: 616-619.[7] Peroulis D, Sarabandi K, Katehi L P B. Design of reconfigurable slot antennas[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2005, 53: 645-654.[8] Anagnostou D E, Gheethan A A. A coplanar reconfigurable folded slot antenna without bias network for WLAN applications[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2009, 8: 1057-1060.[9] Abutarboush H F, Nilavalan R, Cheung S W, et al. A reconfigurable wideband and multiband antenna using dual-patch elements for compact wireless devices[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2012, 60: 36-43.[10] Behdad N, Sarabandi K. Dual-band reconfigurable antenna with a very wide tunability range[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2006, 54: 409-416.。
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通信系统天线课程设计WLAN双频单极子天线设计
姓名吴涛、林丹峰
学号2014010104018、2014010104026专业班级14通信B班
1 WLAN双频单极子天线基本理论
图3. 4. 2所示为设计的微带双频单极子天线的结构模型，整个天线结构大致分为5个部分，即介质层、高频（5GHz)单极子天线、低频（2.4GHz)单极子天线、微带馈线和参考地。
介质层的材质使用Rogers R04003，其相对介电常数ᵋ=3. 38，损耗正切tan$ =0. 0027，介质层厚度为1. 52mm。
介质层的下表面是单天线的，介质层的上表面馈线和单天线。
其中，左的L形结构是高频单天线，工作于IEEE802. 11a频段，BP作频率为 5. 15GHz〜5. 825GHz，右侧的L形结构是低频单极子天线，工作于IEEE802. lib频段，即工作频率为；4GHz 〜；4825GHz。
2. 单极子天线流程
(1)启动HFSS 软件，HFSS运行后会自动新建一个工程，并保存，工程名必须为英文；
(2)设置求解类型；设置模型长度单位；添加和定义设计变量；
(3) 创建单极子天线模型，创建介质层，创建介质层上表面单极子天线贴片模型，设置
端口激励，设置辐射边界条件
(4) 求解设置
(5) 设计检查和运行仿真计算
(6)数据处理，查看计算结果，包括回波损耗S11 参数、电压驻波比VSWR、smith原图输入阻抗、方向图等进行优化设计得到最优解。
3. 单极子天线结构
为了便于后续的参数化分析，即分析天线的各项结构参数对天线性能的影响，在HFSS 设计建模时需要定义一系列的变量来表示天线的结构，使用变量表示的单极子天线参数化设计模型如图3. 4. 3所示。
其中，定义的变量名称、代表的结构参数以及变量的初始值如表3. 4. 1所示。
4. 单极子天线仿真及分析
HFSS拥有强大的数据后处理功能，仿真分析完成后，在数据后处理部分能够给出天线的各项性能参数的仿真分析结果，如回波损耗、驻波比、Smith圆图、输人阻抗和方向图等。
下面我们就借助单极子天线设计实例来讲解HFSS中查看天线各项性方向图等。
下面我们就借助单极子天线设计实例来讲解HFSS中查看天线各项性能参数的具体操作。
图4-3 单极子天线的回波损耗（S11 参数）
图4-4不同R2对应的S11曲线
5 结论
从分析结果中可以看出，在IEEE 802. 11a (即5. 15GHz ~5. 825GHz)频段内，S11小于-1468;在〇<：<8〇2.11^(即2.4/0~2.4825/0)频段内，S11大于-10DB，要求。
其原因是低频段单极子天线的长度偏长，导致谐振频点偏低。
因此我们调节天线的天线的S11 频点落在2.4G0 ~ 2.4825GHz。