应用于WLAN之双模态微带天线.PDF

應用於 WLAN 之雙模態微帶天線 學制/班級 : 四年制/網通四乙 指導老師 : 李世偉、陳文山 老師 學生學號/姓名 : 韓智揚 繳交年月 : 100 年 6月 摘要 本文設計的天線是適用於無線區域網路WLAN(Wireless Local Area Network)的三角形微帶天線。藉由截取 天線右半邊的輻射體造成天線不對稱的結構，並在其斜邊增加一矩形貼片，使得天線共振出兩個模態，再調整 天線的尺寸讓這兩個模態的中心頻率接近2.45 GHz ，因為這兩個靠近的模態使得本文天線的10 dB 阻抗頻寬從 2.4 ~ 2.53 GHz 符合 WLAN (2.4 GHz ~ 2.4835 GHz)的應用，本文天線的實際尺寸為 30×50 mm2 非常適合今日 無線產品輕薄短小的要求，此外本文天線也具有價格低與容易製造的優點。 1、前言 印刷式微帶天線[1,2]一般具有低姿態、重量輕、容易製作等優點，但是微帶天線通常也有阻抗頻寬太小 的缺點(=2.0%)，因此也影響此種天線的應用範圍，文獻[1]中，作者在等邊三角 形微帶天線下方加入一個積體 式電抗負載(reactive loading)可得到一個4.4 % 頻寬的設計。在以往的文獻中，相關的研究與設計大都使用 等邊三角形微帶天線為基礎來設計，許多此類設計的應用 [3-9]也被提出，例如加入短路接線(shorting pin) [3]、加入一對窄槽孔(narrow slots) [4]、加入一對突出線(spur line) [5]、加入一個槽縫(slit) [6]等方 法於等邊三角形之微帶天線，都可以達成雙頻應用之設計。此外等邊三角形微帶天線亦可設計成圓極化之操作 [7-9]，例如加入一個水平的窄槽孔或一個不等長的十字型槽孔於等邊三角形微帶天線可產生圓極化操作[7]； 加入一個Y 型槽孔於等邊三角形微帶天線可產生圓極化操作[8]；在等邊三角形微帶天線的斜坡上加入一個適當 的槽縫也可產生圓極化操作[9]。相對在文獻比較少被提出之直角三角形微帶天線也有一些設計實例，早期文獻 [10-11] 也提出直角三角形微帶天線之應用。本設計天線使用直角三角形微帶天線做為基礎，並利用不對稱結 構與調整天線參數來達成雙模態的寬頻設計，天線的應用頻寬符合WLAN 的應用，文中也對基本直角三角形微帶 天線與本文天線做比較。 2、天線設計 本文天線之幾何架構與詳細尺寸如圖 1 與表所示。天線是蝕刻製作於板厚1 1.6 mm 、相對介電常數為4.4 的玻璃纖維介質基板 ( FR4 )上，基板尺寸大小為30×50 mm2 ，板材正面為天線輻射體，背面為天線接地面，圖 中 A點為信號饋入點並使用 50歐姆 SMA 接頭饋入。由於微帶天線一般有頻寬不夠的缺點，為實現WLAN (2.4 GHz ~ 2.4835 GHz) 頻帶之操作，本天線使用雙模態方式，將兩個具有窄頻寬的模態結合成一個足夠應用的頻 寬，同時調整天線參數的尺寸大小以便獲得到所需之阻抗匹配。在天線的設計首先將三角形微帶天線主體的右 半邊進行裁減，接著在斜邊上一增加一矩形面積的金屬片，如此就可以激發出中心頻率在2.45 與2.53GHz的兩 個模態 (下一節會做探討 ) ，圖2 為天線之模擬與實作返回損失圖，從圖中可以觀察到模擬與實作結果具有良好的 一致性，同時天線之10 dB 操作頻帶從 2.4 到2.53 GHz 符合 WLAN 之應用頻帶，本文中之模擬結果是使用 Ansoft 公司的HFSS (HighFrequency Structure Simulation) 模擬軟體來設計及分析，量測結果是由安捷倫 (Agilent) 網路分析儀所量測而得。圖 3 、4 為天線正面與反面的實作照片。 圖 1 天線架構 表 1 天線尺寸表 圖 2 天線之