具有加载零谐振单元结构的平面单极子天线的设计

拥有加载零谐振单元构造的平面单极子天线的设计前言跟着现代无线通讯的发展，挪动设施对天线的要求愈来愈高，拥有覆盖多频段、成本便宜的小型化天线是当今研究的主要方向。人工异向介质(Metamaterial)的实现特别是复合左右手传输线(CRLH-TL)的提出为微波器件的小型化供给了新的方法，运用CRLH-TL独有的零谐振(ZOR)现象，能够打破传统谐振器尺寸受谐振波长的限制，实现天线的小型化。多种运用零谐振的小型化天线已经被提出，但多半天线带宽较窄，加载构造复杂，限制了应用范围。本文提出了一种加载零谐振单元的平面单极子天线，在共面波导馈电的平面单极子的基础上经过加载电容电感实现单个零谐振单元，在原单极子的高频谐振以外引入新的较低频次谐振频次，从而实现了多频特征。所设计天线工作频带能够覆盖无线局域网(WLAN)的两种主流协议，5.15GHz-5.80GHz)与GHz)的通讯频带。该天线构造均设计在单层板上，构造简单有效的减少了制作成本。天线设计天线的主体构造表示图如图1所示。该天线主体由矩形单极子贴片和交指电容与接地细线电感构成的零谐振单元构成。天线制作在相对介电常数εr=4.4，厚度h=1.6mm的FR-4基板上，基板尺寸a×b=40mm×30mm。天线采纳阻抗为50Ω的共面波导馈电，天线全部构造与地板1都刻蚀在介质板同侧。天线主体为单极子，其总长度L2对应为高谐振频次的四分之一波长，单极子左端经过加载串连的交指电容与接地细线电感构成一个零谐振单元，交叉数目N与长度lc、细线电感的长度W2+L2与宽度wl控制电容与电感值确立零谐振频次，这样即可实现高低频段的独立控制。在天线设计过程中，第一设计单极子工作在5.2Ghz左右，确立单极子长度L1，而后在单极子的左侧加载交指电容与细线电感引入较低的谐振频次，交叉的数目N与长度lc和细线总长W2+L2与宽度wl均可经过近似公式获取。最后在全波仿真软件HFSS中优化设计确立详细参数。图2中能够看出，经过加载零谐振单元在没有增添单极子长度的状况2下有效的引入了新的低屡次段。实验结果及剖析为了考证该加载零谐振单元的单机自天线设计方法的有效性，鉴于图2中给出的天线设计尺寸，我们加工了一个实物样品而且进行了回波损耗，方向图等参数的丈量，样品天线的照片见图3。天线仿真与实测的回波消耗见图4。从图中能够看出，测试结果与仿真结果基本符合，天线的实测回波消耗10dB带宽能够覆盖WiFi(2.40GHz-2.48GHz，5.15GHz-5.80GHz)与WiMAX(3.3GHz-3.8GHz)的通信频带，知足设计要求。天线仿真的电流散布见图5，从图中能够看出在2.45GHz左右，电流集中在细线电感和交指电容上，而且震荡电流相位一致，切合零谐振3的特色。3.5GHz左右电流从馈线和电感向交叉集中产生震荡。5.5GHz左右单极子主体电流密度较大，单极子为主要辐射体,同时加载交指电容与细线电感对电流散布有必定的影响。图6给出了该天线在三个工作频段的仿真与测试方向图，能够看到在较低频次天线的全向性较好，辐射方向比较一致，在高频段。跟着频次的高升，辐射方向图有必定的恶化，其原由是加载交指电容与细线电感对原单极子电流散布产生了影响，致使辐射方向有必定的偏移。在测试过程中因为条件限制xy平面交错极化测试结果对比仿真结果有较大误差。同时天线的增益仿真与测试曲线也在图7中给出，能够看到天线的增益在工作频带内均在2.2dBi以上，能够知足其在小型WLAN设施上的应用。4结论本文提出了一种加载零谐振单元的三频单极子天线，该天线构造简单