摘 要： 介紹了一種水平極化全向天線" title="全向天線">全向天線，先仿真設計" title="仿真設計">仿真設計再加工制作，最后實際測試。結果表明：在2.4GHz頻段上，獲得了120MHz的帶寬(VSWR<3)和良好的全向方向圖" title="方向圖">方向圖。該天線被印刷在一塊面積只有24.3×24.3mm2的FR-4介質板上，結構簡單緊湊，可用于無線局域網終端通信。
關鍵詞： 水平極化 全向天線 2.4GHz頻度 無線局域網終端
全向天線[1～4]在無線通信中發揮著重要的作用，常見的多是垂直極化天線，水平極化的不多，然而水平極化全向天線卻有著獨特的應用。在城市或者室內無線環境中，雖然基站發射的都是特定的極化信號，比如常見的垂直極化信號，但是很難直接傳播到移動終端" title="移動終端">移動終端，一般要經過多徑" title="多徑">多徑傳播，即信號要經過反射或者繞射，或者反射加繞射，或者繞射加反射，才能到達移動終端。在經過多徑傳播后，極化要發生旋轉，因此一般來說，多徑信號到達移動終端時，既有水平極化信號，又有垂直極化信號。由于多徑傳播是隨機的，因此這些信號也是隨機的。可以考慮在移動終端安裝一個水平極化天線和一個垂直極化天線，從而獲得較好的接收信號。或者在發射端和接收端分別安裝兩個天線，一個水平極化天線和一個垂直極化天線，以得到兩個不相關的信號，這就是極化分集，它正是利用了空中水平路徑和垂直路徑的不相關性來實現抗快衰落的。據研究[5～6],發射端和接收端都采用水平極化天線的系統比發射端和接收端都采用垂直極化天線的系統可以多獲得平均10dB的功率。因此研究水平極化全向天線有著重要的現實意義。
本文設計了一種可用于2.4GHz頻段移動終端的水平極化全向天線，屬平面結構，被印刷在一塊面積只有24.3×24.3mm2的常見電路板上(FR-4)。經仿真設計、加工制作和實際測試，獲得了120MHz的帶寬(VSWR＜3)和良好的全向方向圖。
1分析與設計
為了實現水平極化輻射，可考慮采用環結構。在文獻[7]中采用Alford環結構設計了一個工作在900MHz的平面印刷水平極化全向天線。本文采用此結構進行2.4GHz頻段的設計。天線結構如圖1所示。在方形介質基板(FR-4,εr＝4.4，為常見電路板)的兩面分別印刷兩層金屬帶，頂面是一個Z型金屬帶，底面也是一個相同的Z型金屬帶，但是注意，要讓上下兩個Z的四臂圍成一個方環，且兩個Z的斜臂要平行。饋電用50Ω SMA頭進行背饋。
因為結構具有對稱性，所以上下兩個Z型金屬帶上的電流分布幅度相同，相位相差180°，如圖2所示。由于上下兩個金屬帶之間的距離(亦即介質基板的厚度)比較小，則上下兩個Z斜臂上的電流就相互抵消，而在上下兩個Z的其它四個臂上建立起環形電流分布，從而輻射一個水平極化波，得到預期的全向方向圖。
該天線兩個金屬帶各臂的長度和寬度要精心設計，從而達到較好的輻射和阻抗匹配。本文采用Ansoft公司的三維電磁仿真軟件HFSS9.2經過多次反復設計得到的尺寸如下：t=2mm，L1=22.3mm，L2=8.5mm,W1=5mm,W2=1.5mm。
2 制作與測量
根據上面仿真設計的尺寸，制作了該天線。采用矢量網絡分析儀Wiltron-37269A測量了該天線輸入端的電壓駐波比，并與仿真結果做了比較，如圖3所示。在半開放遠場測量暗室,對天線工作在2.45GHz時的方向圖進行了測量，也與仿真結果做了比較，結果如圖4、圖5所示。
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由圖3～5可以看到：在2.45GHz頻段上，該天線獲得了120MHz的帶寬(VSWR＜3)和良好的全向方向圖，且整體上都與仿真結果基本吻合。
本文基于電流環思想設計了一種水平極化平面印刷全向天線。利用HFSS進行了仿真設計，并加工制作了該天線，測試結果表明：在2.4GHz頻段，該天線獲得了120MHz的帶寬(VSWR＜3)、良好的E面方向圖和H面方向圖(全向方向圖。)該天線可用于2.4GHz無線局域網終端通信。
下一步的工作是如何將電壓駐波比降到3以下，且帶寬滿足ISM2.4GHz頻段的要求(2400MHz～2483.5MHz)。
參考文獻
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