double-band printed monopole antenna design for wireless local area networks

简介：
WLAN是一种通过无线技术实现局域网通信的网络系统。其功能涵盖一定区域内设备间的无线信息传递过程。实现WLAN的正常运行依赖于专门设计的天线组件。作为无线通信的关键部件之一，天线主要承担着接发电磁信号的任务。在现代无线通信领域，为了满足日益增长的数据传输速率的需求，在设计天线时优先考虑支持双频段的能力就显得尤为关键。双频带天线的定义是能够同时兼容并有效工作于两个不同频段的设备，从而实现更广泛的频率覆盖范围。对于现代无线局域网技术的发展而言，这种设计特性具有重要意义。由于 IEEE 802.11abgn 标准对 2.4 GHz 和 5.8 GHz 频段的通信需求存在特定的要求，在这些频率范围的覆盖下，该设备能够有效支持相应的无线通信规范和性能要求。本文介绍了一种用于WLAN的印刷偶极子天线设计方案。传统的偶极子天线由一对等长、共轴且相互间隔一定距离的导体或金属片构成，形似字母 H 。而印刷偶极子天线特指将天线中的导电部分印刷在绝缘介质板上。这种结构具有相对低廉的成本和良好的集成特性，在无线通信设备中得到了广泛应用。在设计时，为满足2.4 GHz和5.8 GHz两个无线局域网频段的需求，应采取措施优化天线的尺寸参数及结构配置。具体而言，在2.4 GHz频段，谐振臂的长度约为$approximately\ 31\ mm$（即约3.1 cm），而对应5.8 GHz频段则为$approximately\ 13\ mm$（约1.3 cm）。为了实现双频工作性能，通常采用设置两组谐振臂的形式。然而，受限于天线的物理尺寸限制，在实际设计中多采取弯曲式谐振臂方案，通过较短的物理长度来有效应对高频段所需的较短波长要求。该资源描述了一种利用巴伦实现配线接续的馈电方案。巴伦是一种将匹配网络与传输特性相结合的转换装置，其通过阻抗变换和电流均衡实现信号的有效传递，从而保证系统的性能。采用巴伦进行配线接续的馈电方案不仅能够显著缩小天线 physically size, 还能简化制造流程并支持共形设计要求，在当代通信系统中具有重要意义。该印刷偶极子天线采用FR4介质板，其尺寸为40毫米乘以50毫米。使用厚度仅为1毫米、相对介电常数为4.4的FR4介质板。通过在天线的谐振臂上进行槽型处理后，使其实现了双频特性。该天线设计充分利用了其谐振臂上的电场分布特点，并通过调节槽宽度参数，实现了该结构在不同频率下的共振特性。仿真测试结果表明，在2.4GHz频段天线实现了驻波比（VSWR）带宽约650MHz的性能指标，并在5.8GHz频段达到了870MHz的带宽。这些数据完全符合IEEE 802.11bg和IEEE 802.11a标准的技术要求。此外，天线在两个工作频段上的辐射方向性分析结果均表现出良好的全向辐射特性和方向性，这表明该设计方案的实际性能指标能够满足系统预期的使用需求。基于此设计的双频印刷偶极子天线，在尺寸缩减到较小规模的同时，具有较为宽泛的频率覆盖范围。该种天线不仅能够在WLAN系统中实现高度集成，而且能够很好地支持高质量无线通信需求。 在实际应用场景中，无线通信技术的进步促使天线设计必须随之演进。以Wi-Fi 6为代表的下一代WLAN标准已正式推出，这种转变对天线设计提出了更高的要求。该标准将向更高频段延伸，同时整合了先进的多用户蜂窝技术和智能天线组网技术。未来在制定天线设计方案时，必须充分考虑这些新技术标准，并在此方案的基础上进行持续优化，从而进一步提升无线网络的整体性能。