王聚道，石承鑫，韩荣苍，孙如英

(临沂大学 物理与电子工程学院，山东 临沂 276000)

1 双频段圆极化印刷天线广泛应用的需求

圆极化(Circular-Polarization，CP)天线的优势主要体现在：(1)可接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化天线接收；(2)在通信、雷达的极化分集工作和电子对抗等应用中，其旋向正交性得到广泛应用；(3)圆极化波入射到对称目标时极化旋向逆转，应用于无线通信、卫星导航时，能抑制雨雾干扰和抗多径反射[1]。随着无线通信技术的发展，为了满足日益增长的移动数据需求，面向无线局域网的多频段技术应运而生。这就需要将不同频段的相同应用集成到一套设备中，所以，近年来，双频段圆极化印刷天线引起广泛的关注。

对于平面印刷天线，实现双频圆极化的方式有微带贴片结构[2-3]、单极子结构[4-5]、宽缝隙结构[6-7]3种。双频圆极化微带贴片天线一般采用双层结构或引入双频微扰结构，结构比较紧凑，但每个工作频段往往带宽较窄，相对带宽在1%～5%以内。单极子型圆极化印刷天线一般包含两个不同电尺寸的单极子，二者分别低频段和高频段形成了两个谐振点，实现双频工作；这类天线设计理念简单，但往往电尺寸较大。宽缝隙型圆极化印刷天线常在馈电结构中加入双频谐振结构，天线的性能参数也可以通过缝隙加微扰调节，设计灵活性强；另外，这类圆极化天线的两个工作频段往往可以实现比较理想的工作带宽。本文面向无线局域网应用，设计了一副双频宽带圆极化印刷天线，能够覆盖IEEE 802.11协议下的主要工作频段。

2 天线的结构

天线的几何结构中，介质基板选用FR-4，相对介电常数εrs=4.4，损耗角正切tanδ=0.002，厚度t=1 mm。介质上层贴片由上角为L型枝节、两个垂直的矩形组成，天线采用偏置的微带线馈电。L型枝节和矩形A可以产生低频段的右旋圆极化(Right-Hand Circular Polarization，RHCP)波，而矩形B和偏馈结构可以产生高频段的左旋圆极化(Left-Hand Circular Polarization，LHCP)波。天线的几何结构如图1所示。介质下层地板由一个去心方框构成，采用HFSS14.0仿真优化后的天线各参数的值，如表1所示。

图1 天线几何结构

表1 天线各参数的尺寸

3 实验结果与分析

天线的阻抗匹配可以通过反射系数衡量，反射系数S11的仿真结果如图2所示，在1.95～6.5 GHz，S11的值均小于-10 dB，阻抗带宽达到113%。

该天线实现了较宽的圆极化轴比带宽，在两个频率附近的3-dB的相对轴比带宽为51.2%(2.19～3.47 GHz)，22.4%(4.88～6.18 GHz)，体现了较良好的圆极化辐射特性。以上两个频段覆盖所有无线局域网应用频段。天线在两个频段的最大增益分别达到了4.5 dBi(2.9 GHz )和3.0 dBi(5.85 GHz)。轴比和增益仿真结果如图3所示。

图2 S11仿真结果

图3 轴比和增益仿真结果

天线辐射方图的仿真结果中，分别画出了天线在两个频率点2.5 GHz，5.5 GHz的xz与yz面的方向图。结果显示，该天线在+z方向上在低频段可以辐射RHCP波，而在高频段可以辐射LHCP波。由于电磁波极化的正交性，两个频段互不干扰。如图4—7所示。

图4 f=2.5 GHz，xz面

图5 f=2.5 GHz，yz面

图6 f=5.5 GHz，xz面

图7 f=5.5 GHz，yz面

4 结语

本文设计的双频圆极化印刷天线，在2.5 GHz(2.19～3.47 GHz)和5.5 GHz(4.88～6.18 GHz)两个频段实现了圆极化工作，并且在最大辐射方向低频段实现了右旋圆极化，高频段实现了左旋圆极化，二者不相互干扰。天线阻抗匹配和轴比性能良好，体积较小，在WLAN领域必然具有很大的工程应用价值。