平板WIFI定向天线的研究范文

《无线电通信技术杂志》2015年第二期

1天线模型构建及分析

设计的平板WIFI定向天线结构如图1所示，天线的结构为上下重叠却不接触2块平板，材料选定为铜。上面较小的铜片作为天线的辐射面，长为L2，宽为L1；下面较大的铜片作为天线的接地面，长为L4，宽为L3。辐射片与接地片中间间隔为H1使用不导电的介质作为支架，天线端口长为L6，宽为L7。

设计要求天线能工作在2．4GHz附近，谐振点回波损耗小于－25dB，辐射功率前后比达到5dB。由此可知，随着上下板间距H1的增大，天线的回波损耗变小，且工作中心频率向低频端移动；随着L3的增大，即接地面面积的增大，天线的回波损耗变小，中心频率向低频端移动；随着L1的增大即辐射面面积的增大，天线回波损耗数值变大，但中心频率较大幅度地向左侧偏移；H2的变化对天线特性的影响不明显。通过上面的数值分析，掌握了天线几何尺寸对阻抗匹配特性的影响，再考虑到天线定向辐射强度分布的要求，可借助于HFSS进行全面优化，得到能够满足天线设计要求的最终尺寸为：L1＝54mm、L2＝58mm、L3＝70mm、L4＝64mm、L5＝4mm、L6＝14mm、L7＝15mm、H1＝15mm及H2＝6mm。

在此尺寸下频率f＝2．4G的辐射方向图如图3所示，在yz平面内，定向辐射明显，最大辐射指向θ＝0°的方向，最大增益达到8dBi；在xz平面的900方向，存在不对称的较小辐射，但相对于0o方向的辐射，数值很小。

2天线模型制作与测量

天线模型采用厚铜皮制作，用同轴线馈电，如图4所示。天线回波损耗通过矢量网络分析仪进行测量。为便于分析，将测量数据与最终尺寸的仿真数据进行比较，如图5所示。可以看出，天线的回波损耗测试结果与仿真结果存在少量偏差，但总体吻合，测量值在频率2．46GHz左右得到的回波损耗最小，即匹配程度最佳。由于在WLAN中2．4GHz频段范围在2．4～2．483GHz内，所以该实验结果符合天线的设计要求。将制作的天线与无线路由器连接，在笔记本电脑上安装WIFI检测软件，利用笔记本电脑的无线上网功能在户外开阔地带可定量测量天线的辐射特性。经过归一化处理后所得的测试结果如图6所示。由图可知，天线在0°时增益最大，且辐射的分布特性与仿真结果具有较好的一致性。

3结束语

所构建的平板天线结构简单，使用方便，在wifi频率范围具有较强的定向辐射能力，且匹配性能良好。通过仿真计算和模型测试，在一定误差范围验证了两者结果的一致性。由于天线具有结构简单、调整方便和造价低廉等突出优点，因此在天线工程中具有一定应用价值。

作者：金晨王琪赵迎单位：南京工程学院通信工程学院