小型微带方型环与方型贴片堆栈短路高增益天线之设计.DOC

小型微带方型环与方型贴片堆栈短路高增益天线之设计 Compact Rectangular Ring and Rectangular Patch Stacked Shorted High Gain Antenna Design 戴群峰 袁敏事 姜仲鸿 Qun-Feng Dai Min-Shih Yuan Jong-hong Jiang 中华技术学院 电研所 中华技术学院 航电系副教授 硕士班研究生 摘 要 本文中设计一种小型微带方型环与方型贴片堆栈短路高增益天线，其双谐振分别是2.4GHz及5.8GHz，阻抗频宽可达12.5%，天线最大增益可达10dBi，可以满足无线局域网络802.11a及802.11g之室内及室外使用。 关键词：阻抗频宽、贴片天线、高增益。 Abstract In the paper, a 2.4GHz/5.8GHz compact rectangular ring and rectangular patch stacked shorted high gain antenna will be designed. The dual-band antenna?s resonator frequency are 2.4GHz and 5.8GHz. It? impedance bandwidth achieve 12.5%. The maximum gain come to 10 dBi. Neither indoor or outdoor ,it can support WLAN(802.11a and 802.11g) Keywords:Impedance Bandwidth、Patch Antenna、High Gain﹒ Ⅰ. 前言 为了因应未来高宽带带及高传输速度的多媒体无线通讯之需求及快速发展，无线通讯的天线，依不同的应用而有不同的特性需求。因此天线的小型化、高宽带带【六】、易于制作、低辐射伤害及与机体结合为一体的天线将是必须开发的技术。 由于无线局域网络的天线可以使用印刷电路制成，其材料便宜且取得容易，在产业界，目前已有几家厂商从事相关天线技术之开发。整体而言，国内相关天线之研发，在国际上甚具竞争能力，同时由于无线局域网络天线技术之商业化应用仍在起步阶段，非常值得我们投入天线之研制工作。 要将天线小型化，其频带宽、增益及辐射效率都会受到影响，这关系整理为一式如下： （天线的电气性体积）／（频带宽×增益×效率）＝常数值 于是可判断常数值小的，则更能进行小型化，但频带宽、增益及效率间则需做适当的调整，以满足实际的需求。 已经很普遍用在无线通讯的天线有单极天线、螺旋型天线及回路天线，它们主要的缺点是高度，突出机体容易引起损坏，造成不便。为了减少这些天线的高度，有些方法被使用，例如加入Top hat、介电物质或耦合线条，但通常需要一个阻抗变压器来匹配天线到馈送线条上。这外加的匹配电路会增加天线的体积、价格及系统的复杂性。 至于已存在的内建(Built-in)天线则有辐射耦合(Radiation-coupled)双-L扁平天线、板状倒-F (Planar inverted-F)天线及双T-隙缝(Double T-slot)天线，这些扁平架构天线却有窄频带、低效率或方向辐射场型的缺点。 因此我们将使用IE3D电磁仿真软件分析多层印刷电路结构之电磁场分布，研制一种小型微带方形环与方形贴片堆栈短路天线，它的操作频率在2.4GHz与5.8GHz【九】，天线的尺寸可以小型化、频带宽可大于10%以上,天线增益适当，输入阻抗可以调整，用来匹配输入电路阻抗，达到最大功率传送。设计与制作的小型微带方形环与插片堆栈短路天线，不但能达到小型化及宽带带之功能，能利用方形环内边长度来控制天线的谐振频率及输入阻抗，增加天线的实用性。同时亦能将馈送网络或单芯片微波集成电路(MMIC)放置在环的中央处，这对整合电子电路及天线或是在天线数组中放置波束成型网络，都是十分有用的特性。而且可以满足2.4GHz/5.8GHz无线通讯之需求，并希能以此技术发展提供制造厂商。以低成本、高效率提升厂商国际竞争能力，以争取数千亿美元的产品产值。 Ⅱ. 天线设计 （一）、微带方型环天线概念 D(θ,ψ)=【天线在(θ,ψ)方向上的辐射强度】/【全向性天线的辐射强度】由于全向性天线在任意方向上的辐射强度都相同，所以在上述指向性的定义中被当作为参考的标准值，故指向性是以dBi为单位。由以上的定义不难发现，指向性越高的方向其实就是天线辐射能量越集中的方向。但是在实际