0 引言

当今，无线网络技术得到越来越广泛的发展。目前最为热门的无线网络技术莫过于长距离无线网络技术3G和近距离无线网络技术WiFi.鉴于WiFi产业的蓬勃发展及广阔的应用前景，本文将设计一个工作在2.4~2.5GHz频段的高隔离度双极化孔径耦合天线，适用于WiFi阵列天线单元。为实现无缝上网及改善通信质量，近年来，双极化天线逐渐流行，其原因主要是它可以 提供极化多样化，以减少接收信号的多径衰落;并且频率复用可以加倍无线通信系统的容量;而且可以将一对正交极化端口分别用作接收端和发射端，实现双工操 作。当工作在收发双工模式时，双极化天线同时发射或接收两个正交极化的电磁波，因而要求两种极化端口之间有良好的隔离。天线隔离度是指一个天线发射信号，通过另一个天线接收的信号与该发射信号的比值。

改善天线隔离度已成为诸多无线电系统天线中经常遇到的问题。通常要求天线隔离度在-28dB以下。

本文综合运用孔径耦合技术和双线馈电技术设计出了一种适用于WiFi工作的高隔离度、双极化天线，通过实测分析不同贴片间距以及孔径大小对天线隔离度的影响，确定了最佳贴片间距和孔径尺寸，达到了较高的回波损耗和隔离要求：天线两个端口的回波损耗在2.4~2.5GHz能达到-16dB以下，在工作频段内双端口隔离度优于-31dB,可满足阵列天线系统的需要，便于组成大型阵列。且该频段天线具有很大需求及发展空间，研究此频段内的天线有很好的现实意义。与其他设计相比，该设计 单元在结构上更讲究对称，也更简单;所得结果更加理想，尤其体现在隔离度上。

1 天线设计

本文所设计的天线结构如图1所示，天线采用H型孔径耦合结构，孔径的设计是微带天线设计的关键技术之一，孔径的大小和形状影响着馈电层和辐射层之间 的耦合强度。该孔径层由FR4介质覆铜板组成，接地板和馈线分别位于介质板的上表面和下表面。辐射贴片用塑胶螺丝和尼龙柱支撑，位于介质板上方。中间全以 空气填充，相当于减小了上层介质板的平均相对介电常数，降低了微带天线的Q值，提高了天线的增益。为了减少H型槽所引起的背向辐射，在离接地板约14波长处加了一块金属反射板(中间同样用塑胶螺丝和尼龙柱连接和支撑)，这也有利于提高天线的增益。设计所选用的介质板材为FR4,其相对介电常数为4.4,损耗角正切为0.02,厚h = 1.6 mm.

该设计采用的是孔径耦合的馈电方式，这种方式克服了传统馈电方式带来的电感效应和馈电网络的寄生辐射等缺点。其不需要在基片上打孔，便于制作;使得 馈电层与辐射层完全隔离，避免了馈电网络的辐射干扰;且易于实现阻抗匹配。在天线设计结构上，该设计采用相同的对称结构，进行正交排布，从而形成双极化特性。

根据缝隙耦合微带天线的传输线法，可初步确定天线的几何尺寸(包括贴片尺寸、2 个缝隙尺寸以及馈线长宽)。

2 仿真与实测结果分析

根据上面的布局设计，利用HFSS电磁仿真软件，对天线进行建模、仿真和优化设计。天线仿真模型如图2所示。激励通过Lumped port经微带馈入，该馈电方式易于组成大型阵列。