应用于WLAN的双频双极化天线研究

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WLAN是移动终端与有线网络通过电磁波建立可靠连接的一种体系,而天线则是电磁波的发射源和接收源。双频双极化天线兼具双频天线和双极化天线的优良性能,能显著提高WLAN系统的通信容量和质量。本文结合当前双频双极化天线朝着低剖面、高隔离度方向发展的趋势,分别研究了应用于WLAN的低剖面双频双极化天线和高隔离度双频双极化天线。本文的主要贡献如下:1.设计了一种基于矩形微带贴片结构的低剖面双频双极化WLAN天线。首先基于椭圆形缝隙耦合馈电的矩形微带贴片结构,设计了一种工作于WLAN高频段的低剖面单频单极化天线;然后采用旋转椭圆形缝隙的方式,使天线在WLAN低频段产生谐振并辐射与WLAN高频段极化方式相正交的线极化波;为了改善天线在WLAN低频段内的匹配程度,在矩形辐射贴片的四个顶角处分别切除四个同样大小的小矩形贴片,进而完成了 WLAN双频段内的双极化工作目标。在此设计基础上,加工并测试了天线实物。测试结果表明,所设计的天线在2.4~2.47 GHz和4.9~6.27 GHz的工作频带内,电压驻波比小于2,增益分别处于6~6.5 dBi和4~7.2 dBi内。与相关文献中同类型天线相比,所设计的天线具有剖面低及高频段工作频带宽的特点。2.设计了一种基于十字缝隙耦合馈电的高隔离度双频双极化WLAN天线。首先基于十字缝隙耦合馈电,设计了一种工作于高频段的高隔离度单频双极化微带贴片天线单元;随后通过在单元底部加载金属反射板和在侧面加载金属壁的方式,改善单元在低频段和高频段内的输入阻抗;接着为进一步改善单元在低频段和高频段内的阻抗匹配,在贴片周围加载方形环贴片,进而实现了 WLAN双频段内的双极化工作目标。为提高增益和抑制交叉极化,对所设计的单元进行2×2等幅倒相组阵。同时为方便阵列馈电和进一步提高隔离度,设计了一种高隔离度宽频反相180°馈电网络。经HFSS优化,单元两极化端口在2.42~2.45 GHz、5.01~6 GHz的共同频带内,电压驻波比小于2,隔离度均大于25 dB,增益分别处于5~6.3 dBi和4.5~9.5 dBi之间,-15°~15°内的交叉极化电平低于-15 dB。2×2阵列两极化端口在2.38~2.45 GHz、5.02~5.95 GHz的共同频带内,电压驻波比小于2,隔离度均大于40 dB,增益分别位于10.6~11.8 dBi和10~12.8 dBi内,-15°~15°内的交叉极化电平低于-40dB。与相关文献中同类型天线相比,所设计的天线具有高频段工作频带宽、隔离度高及交叉极化电平低的特点。
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