wlan双频单极子天线设计

摘 要

本设计介绍了射频双频单极子天线的基本原理以及基于HFSS的射频双频单极子天线的设计过程。双频天线一个最为简单的颁发就是采用印刷单极子天线来实现，这类天线所需成本极低，而且结构和加工都极为简易，是目前为止众多学者的研究方向。本篇论文主要设计与仿真射频双频单极子天线。

半波偶极子天线和单极子天线是迄今为止应用较为广泛的天线。利用镜像原理，引入接地面可以将半波偶极子天线的长度减少一半，即1/4波长单极子天线。

然后，文中设计并仿真了一个单极子天线，能够使用在无线局域网中。其L 型单极子天线由微带线直接馈电，天线工作于IEEE802.11a和802.11b两个工作频段，实现了天线的双频工作特性。仿真结果表明，该天线低频单极子天线垂直方向长度等于19mm时，该单极子天线的双频振点，也就是高频振点对应IEEE802.11a（5.15GHz~5.825GHz），低频振点对应IEEE802.11b（2.4GHz~2.4825GHz），能够应用在无线局域网所涉及到到相关频段力，同时具备较佳的辐射方向图性质。

关键词：双频单极子； 射频； WLAN； HFSS

I

Design of Radio-Frequency

Monopole Anten

单极子天线

电波传播与天线 冉强 2012302700050

摘要：单极子天线用来发射和接收固定频率的信号，通常用于短波

超短波频段。虽然在平时的测量中都使用宽带天线，但在场地衰减和天线系数的测量中都需要使用偶极子天线和单极子天线。随着近年计算机技术的发展，出现了很多仿真软件，这些工具使工程人员能对设计出来的天线进行仿真。本文介绍了FEKO软件，以及基于FEKO的单极子天线的仿真设计。

关键词：单极子天线；FEKO。 引言

1.1单极子天线简介

天线（antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。

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。其基本原理结构如图1.1 所示，其由长为h 的直立振子和无限大地板组成。地面的影响可用天线的镜像来代替，这样单极子天线就可等效为自由空间内臂长为 2h的对称振子。当然， 这样的等效仅对地面上的半空间

等效，原因是地板以下没有辐射场。

图1.1单极子天线及其等效

在长波波段，大地接近理想导电体，电磁能量主要以地波形式在地面和电离层低层所限制的空间内传播；在中波

可同时处理GPS与WLAN双频信号的天线设计

但是在卫星通信应用中，天线却必须设计得小而轻，并且能够提供波束成型、宽频带及极化纯度。在用于多频段全球定位系统(GPS)和无线局域网(WLAN)的天线设计中，设计出一个带有极化分集和高增益且寸小、重量轻的天线是可能的。

例如，对于GPS应用，可能要求一根天线能同时处理1.226GHz的低频段和1.575GHz的高频段。对于IEEE 802.11a/b/g WLAN应用，天线必须在2.4GHz和5GHz的两个频段上工作，并且带宽必须支持11 Mbps和54 Mbps的数据速率。

其它应用还包括已规划的1.8GHz 和2.25GHz频段的空军卫星系统。对于一根覆盖多个无线频段的单个天线而言，还应该考虑将1.8GHz 至2.1GHz的覆盖范围用于第三代(3G)蜂窝系统。

对于一个成功的天线设计来说，极化是一个重要特性。对于空间应用，通常使用圆形极化(CP)，如右旋圆极化(RHCP)或左旋圆极化(LHCP)，用于发射、接收及同一频谱范围内的复用，以增加系统容量。尽管大多数WLAN系统要求线性极化，但最终圆形极化的使用会变成移动系统的优势。

某些理论上的限制决定了天线在提供所需的增益和带宽时能

（19）中华人民共和国国家知识产权局

（12）实用新型专利

（10）申请公布号

CN204257812U

（43）申请公布日 2015.04.08（21）申请号CN201420681395.1

（22）申请日2014.11.11

（71）申请人北京偶极通信设备有限责任公司

地址102488 北京市房山区凯旋大街金光路7号

（72）发明人王平;董明奇

（74）专利代理机构北京北新智诚知识产权代理有限公司

代理人赵郁军

（51）Int.CI

权利要求说明书说明书幅图

（54）发明名称

双频双馈天线

（57）摘要

本实用新型提供一种双频双馈天线，包括

壳体及壳体内的第一、第二天线单元，第一天线

单元包括同轴电缆(1)、PCB基板上的两组偶极

子，其中一组偶极子与同轴电缆(1)的屏蔽线电性

连接，另一组偶极子中的半臂与同轴电缆(1)的屏

蔽线电性连接，另一半臂与同轴电缆(1)的线芯电

性连接；第二天线单元包括同轴电缆(2)，PCB基

板上的偶极子及扼流器，扼流器与同轴电缆(2)的

屏蔽线电性连接，该偶极子的半臂与同轴电缆(2)

实验三、半波振子天线仿真设计

一、实验目的：

1、 熟悉HFSS软件设计天线的基本方法；

2、 利用HFSS软件仿真设计以了解半波振子天线的结构和工作原理； 3、 通过仿真设计掌握天线的基本参数：频率、方向图、增益等。

二、预习要求

1、 熟悉天线的理论知识。

2、 熟悉天线设计的理论知识。

三、实验原理与参考电路 3.1天线介绍

天线的定义：用来辐射和接收无线电波的装置。天线的作用：将电磁波能量转换为导波能量，或将导波能量转换为电磁波能量。 3.1.1天线的基本功能

天线应尽可能多的将导波能量转变为电磁波能量，要求天线是一个良好的开放系统，其次要与发射机(或接收机)良好匹配;

（1）、 天线应使电磁波能量尽量集中于需要的方向， （2）、 对来波有最大的接收;

（3）、 天线应有适当的极化，以便于发射或接收规定极化的电磁波; （4）、 天线应有只够的工作带宽; 3.1.2天线的分类

（1）、 按用途分：通信天线、广播电视天线、雷达天线等;

（2）、 按工作波长分：长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等; （3）、 按辐射元分：线天线和面天线; 3.1.3天线的技术指标

大多数天线电参数是针对发射状态规定的，以衡量天线把高频电

WLAN中的智能天线技术讲座学习报告

通过对殷勤业教授WLAN中的智能天线技术讲座的学习，我受益匪浅。以下是我的感想：

21世纪是信息化网络时代，，所谓计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。计算机网络如今已广泛应用于几乎各个行业。但传统的有线网络具有布线复杂，布线成本高，劳动强度高，网络本身组建、维护和升级的费用都比较高，不宜于移动办公的缺点，无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，一方面，它在有线局域网的基础上通过无线Hub、无线访问节点(Access Point，AP)、无线网关、无线网卡以及天线等设备使计算机之间的无线通信得以实现，从而在大量的应用环境中弥补了有线网络的不足；另一方面，WLAN具有建网快捷，支持终端移动性，网络结构弹性化等固有优势．特别是近年来，各种功能强大的便携式数据终端以及多媒体终端因价格大幅下降而迅速普及、WLAN标准的进一步完善和相互融合、新型无线传输技术的层出不穷等极大促进了WLAN的迅猛发展，业已在医疗、销售、制造、仓储、运输、家庭办公以及学

实验五 对称振子天线的设计与仿真

一、实验目的

1.设计一个对称振子天线

2.查看并分析该对称振子天线的反射系数及远场增益方向

二、实验设备

装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台

三、实验原理 1、电流分布

对于从中心馈电的偶极子，其两端开路，故电流为零。工程上通常将其电流分布近似为正弦分布。

假设天线沿z轴放置，其中心坐标位于坐标原点，如图所示，则长度为l的偶极子天线的电流分布为：I(z)=Imsink(l-|z|)，其中Im是波腹电流，k波数。对半波偶极子而言l=λ/4.则半波偶极子的电流分布，可以写成：I(z)=Imsin（π/2-kz）=Imcos（kz）。

首先明白一点：半波偶极子天线就是对称阵子天线。 2、辐射场和方向图

已知半波偶极子天线上的电流分布，可以利用叠加原理来计算半波偶极子天线的辐射场。

式中，

称为半波偶极子的方向性函数。

3、方向系数：

对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。一臂的导线半径为，长度为I。两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=21。对称振子的长度与波长相比拟，本身己可以构成实用天线。在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分

引言

蓝牙是一种支持设备短距离通信(一般是1Om之内)的无线电技术，能在设备之间进行无线信息交换，其工作频段是2.4～2.483 GHz的全球通信自由频段，目前已广泛应用在移动通信设备中。天线是蓝牙无线系统中用来传送与接收电磁波能量的重要必备组件。由于目前技术尚无法将天线整合至半导体芯片中，故在蓝牙模块里除了核心的系统芯片外，天线是另一个影响蓝牙模块传输特性的关键性组件。本文给出了一款倒F型天线的设计，该天线尺寸小，设计简约，制造成本低，工作效率高，适用于蓝牙系统应用。

1 天线设计

倒F型天线是上世纪末发展起来的一种天线，具有结构简单、重量轻、可共形、制造成本低、辐射效率高、容易实现多频段工作等独特优点，因此，近几年来，倒F型天线得到了广泛的应用研究和发展。

倒F天线是在倒L天线abc的垂直元末端加上一个倒L结构edb构成。它使用附加的edb结构来调整天线和馈电同轴线的匹配。该天线具有低轮廓结构，辐射场具有水平和垂直两种极化，另外由于结构紧凑而且具有等方向辐射特性，同时其良好的接地设计可以有效提高天线的工作效率。图1所示是典型的倒F型天线结构图，该天线可以看作是e端短路，a端开路的谐振器，所以，a端电压最大，电流为零

Design of antennas for mobile Designofantennasformobilecommunications devices: practical aspects.Marta Martínez VázquezIMST GmbHIEEE AP-S DistinguishedLectureAugust 2011Acknowledgements

?Rens Baggen, Winfried Simon, Andreas Winkelmann(IMST)?Dirk Manteuffel (U. Kiel)

?Jan Carlsson, KristianKarlsson(SP)?Cyril Luxey (U. Nice Sophia-Antipolis)?Zhinong Ying (Sony-Ericsson)?JussiRahola (Optenni)Rahola(Optenni)?Jaume Anguera (FractusS.A.)?EURAAPSWG“SmallSmall AntennasAntennas”

2mmv, IEEE AP-S DLP2011 ? IMST GmbH -All rights reserved

Design of antennas for mobile Designofantennasformobilecommunications devices: practical aspects.Marta Martínez VázquezIMST GmbHIEEE AP-S DistinguishedLectureAugust 2011Acknowledgements

?Rens Baggen, Winfried Simon, Andreas Winkelmann(IMST)?Dirk Manteuffel (U. Kiel)

?Jan Carlsson, KristianKarlsson(SP)?Cyril Luxey (U. Nice Sophia-Antipolis)?Zhinong Ying (Sony-Ericsson)?JussiRahola (Optenni)Rahola(Optenni)?Jaume Anguera (FractusS.A.)?EURAAPSWG“SmallSmall AntennasAntennas”

2mmv, IEEE AP-S DLP2011 ? IMST GmbH -All rights reserved