l 引 言
    隨著IEEE 802．1la(5．15～5．35 GHz，5．725～5．825 GHz)和IEEE 802．11b／g(2．4～2．48 GHz)標(biāo)準(zhǔn)的提出，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)通信技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。與此同時(shí)，對(duì)WLAN天線(xiàn)的需求也逐步增多。無(wú)論是手機(jī)，微型計(jì)算機(jī)，個(gè)人電腦的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡還是各種各樣的遠(yuǎn)程感應(yīng)設(shè)備，都需要體積小、重量輕的小型化天線(xiàn)。同時(shí)，為了適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境，還要求天線(xiàn)具備良好的全向性能。
    平面倒F天線(xiàn)(PIFA)是一種具有水平和垂直兩種極化特性的天線(xiàn)，具有小型化、結(jié)構(gòu)緊湊便于內(nèi)置、加工制作簡(jiǎn)單、成本低，且后向輻射小、比吸收率(SAR)值低等特點(diǎn)，因而在目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)，尤其是移動(dòng)終端中被廣泛采用。在PIFA天線(xiàn)貼片上加載縫隙結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)雙頻或多頻功能?？p隙的形狀由傳統(tǒng)的矩形槽演變成特性更好的U形，L形，E形等。在形狀多樣化的同時(shí)，PIFA天線(xiàn)的功能也日益多樣化，其中應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的PIFA天線(xiàn)已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)提出了一種可以?xún)?nèi)置在軟件狗中的PIFA，應(yīng)用頻段在2．3／5．5GHz，阻抗帶寬分別為840 MHz和1 010 MHz，但是天線(xiàn)增益相對(duì)較小，在低頻部分(1．88～2．75 GHz)為1.3～2．5 dBi，在高頻部分(4．89～5．9 GHz)為3．1～4．5 dBi。
    文獻(xiàn)提出了一種通過(guò)加載諧振單元來(lái)減少雙頻自耦合現(xiàn)象的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)天線(xiàn)，但在5．2 GHz的阻抗帶寬為310 MHz，相對(duì)較窄，不能完全覆蓋5．15～5．825 GHz的WLAN頻段。
    本文提出了一種新型的F形槽雙頻平面倒F天線(xiàn)，并通過(guò)加載階梯形槽有效增大了天線(xiàn)的阻抗帶寬，在藍(lán)牙頻段阻抗帶寬達(dá)到300 MHz(2．21～2．51 GHz)，在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)頻段阻抗帶寬達(dá)到1 070 MHz(4．95～6．02 GHz)，能夠完全覆蓋IEEE 802．1la和IEEE 802．1lb／g相對(duì)應(yīng)的工作頻段。該天線(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊，天線(xiàn)高度為7 mm，可以方便地植入無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備中，有較強(qiáng)的實(shí)用性。天線(xiàn)具有良好的全向性能，滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡全向天線(xiàn)的要求。天線(xiàn)的增益在低頻部分(2．2l～2．51 GHz)達(dá)到3．1～3．6 dBi，在高頻部分(4．95～6．02 GHz)達(dá)到6．1～6．7 dBi。

2 天線(xiàn)結(jié)構(gòu)與參數(shù)分析
    天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)如圖l所示，輻射貼片和地板均由厚度為O．2 mm的銅片制成。地板的尺寸為47．5 mm×20 mm，輻射貼片的尺寸為27．5 mm×11 mm×7 mm。輻射貼片與地板之間不存在除空氣以外的其他介質(zhì)，貼片由短路針和同軸饋電結(jié)構(gòu)共同支撐。饋電方式采用50Ω同軸直接饋電。天線(xiàn)的阻抗匹配可以通過(guò)調(diào)節(jié)饋電點(diǎn)和短路針的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不減弱天線(xiàn)輻射性能的前提下，為了使天線(xiàn)可以方便地植入系統(tǒng)內(nèi)部，本文采取開(kāi)一個(gè)“F”型槽來(lái)增加天線(xiàn)的電長(zhǎng)度，從而滿(mǎn)足天線(xiàn)的小型化要求，增加天線(xiàn)的帶寬。如圖1(a)所示，整個(gè)輻射貼片被短路針?lè)殖闪藘蓚€(gè)輻射單元：從饋點(diǎn)到短路針部分的電流路徑A和從短路針到貼片開(kāi)路端部分的電流路徑B。這兩個(gè)輻射單元決定著天線(xiàn)的諧振頻率，可以由以下公式近似計(jì)算：

 這里，c為真空中光速，l和w為輻射單元的長(zhǎng)度和寬度，f0為輻射單元的諧振頻率。通過(guò)計(jì)算，我們?nèi)÷窂紸的長(zhǎng)度約為12 mm，使其諧振在5．5 GHz頻段；取路徑B的長(zhǎng)度約為32 mm，使其諧振在2．4 GHz頻段。
    采用Ansoft公司的電磁仿真軟件HFSS 10．0對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行仿真。通過(guò)調(diào)節(jié)短路針的位置L1以及輻射貼片開(kāi)路端的長(zhǎng)度L4使天線(xiàn)諧振在2．4／5 GHz藍(lán)牙和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)頻段。由圖1(a)可知，在固定L4不變的情況下(取L4=16 mm)，以ra為基準(zhǔn)線(xiàn)，改變短路針的位置L1會(huì)同時(shí)改變電流路徑A和電流路徑B的長(zhǎng)度。當(dāng)減小L1的長(zhǎng)度時(shí)(L1=10 mm)，路徑B的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，如圖2所示，低頻段向左移動(dòng)。與此同時(shí)，路徑A的長(zhǎng)度變短，高頻段向右移動(dòng)。當(dāng)L1變長(zhǎng)時(shí)(L1=14 mm)，則得到相反的結(jié)果。相似的原理，在固定L1不變的情況下(取L1=12 mm)，以rb為基準(zhǔn)線(xiàn)，調(diào)節(jié)L4的長(zhǎng)度改變了低頻部分的電流長(zhǎng)度，而高頻部分的電流長(zhǎng)度保持不變，如圖3所示。綜上可知，路徑B和路徑A分別控制著2．4 GHz和5 GHz頻段。最終仿真優(yōu)化的結(jié)果取L1=12 mm，L4=16 mm。

調(diào)試完兩個(gè)諧振頻率點(diǎn)后發(fā)現(xiàn)：低頻部分的帶寬相對(duì)較窄，因此，在控制低頻的輻射單元處加載階梯形槽。由于多節(jié)匹配傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶匹配，所以這種階梯形結(jié)構(gòu)能夠較容易的實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)帶寬的展寬。如圖4所示，在加載了階梯形槽后帶寬有了較明顯的展寬。

3 天線(xiàn)測(cè)試
    對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行實(shí)際加工來(lái)證明設(shè)計(jì)的有效性。其最終尺寸為：L=47．5 mm，W=20 mm，L1=12 mm，L2=6 mm，L3=5 mm，L4=16 mm，L5=10 mm，L6=3 mm，L7=27．5 mm，W1=2 mm，W2=1 mm，W3=2 mm，W4=1．5 mm，W5=2．5 mm，W6=5 mm，W7=11 mm，W8=6 mm，H=7 mm，R=0．5 mm。
    采用安捷倫公司的8722ES網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試得到的兩個(gè)諧振頻率點(diǎn)分別為：2．4 GHz和5．5 GHz，阻抗帶寬分別為300 MHz(2．21～2．51 GHz)大約為12．50％和1 070 MHz(4．95～6．02 GHz)大約為19．51％。圖5是回波損耗的測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果的比較，可見(jiàn)，二者吻合良好。該天線(xiàn)在兩個(gè)工作頻段上的輻射方向圖分別如圖6和圖7所示，可見(jiàn)天線(xiàn)具有較好的全向性能，能夠滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)天線(xiàn)的要求。如圖8所示，所設(shè)計(jì)天線(xiàn)的增益在低頻部分(2．21～2．51 GHz)達(dá)到3．1～3．6 dBi，變化范圍在0．5 dBi以?xún)?nèi)，在高頻部分(4．95～6．02 GHz)達(dá)到6．1～6．7 dBi，變化范圍在O．6 dBi以?xún)?nèi)。

4 結(jié) 語(yǔ)
    本文提出并設(shè)計(jì)測(cè)試了一種新型小型化雙頻平面倒F天線(xiàn)，該天線(xiàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、靈活，在選定開(kāi)槽位置后，只需通過(guò)調(diào)節(jié)短路針位置L1和開(kāi)路端長(zhǎng)度L4即可方便調(diào)節(jié)兩個(gè)諧振頻率。通過(guò)加載階梯形槽使天線(xiàn)具備較大的阻抗帶寬，可完全覆蓋2．4／5 GHz頻段，以滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)對(duì)雙頻天線(xiàn)的要求。此外，該天線(xiàn)體積小、成本低、饋電方便，有較好的全向輻射特性和較高的增益，適用于目前的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。