微帶天線在無線局域網的應用

姜 云

(天津廣播電視網絡有限公司 天津300072)

1 研究背景與意義

傳統的有線網絡，是采用同軸電纜、雙絞線和光纖來連接的計算機網絡。局域網(Local Area Network，LAN)是指在一定范圍內由多臺計算機連接而成的計算機組。網絡時代和信息時代的到來，使人們對計算機網絡的依賴越來越強，一定范圍內要求互聯的計算機數目相應增加，類型多樣復雜；同時，手機上網日益普遍，傳統的有線網絡受到制約。因此，無線通訊網絡技術快速發展并日益成為人們生活不可或缺的一部分。

無線局域網(WLAN，Wireless Local Area Networks)是計算機網絡與無線電通信技術相結合的產物，它提供了使用無線多址信道的一種有效方法來支持計算機之間的通信，利用射頻技術與電磁波技術，具有安裝便捷、良好的移動性等優點。天線設計技術的發展，使得在 WLAN中，每個節點在保證信號強度的同時，實現對整個區域的覆蓋。

無線通信的發展必然需要射頻前端技術相應提高。其中，平面印制天線具有集成度高、價格低廉的優點，得到了重點關注和發展。其優勢具體表現在與傳統天線相比，具有更為緊湊的二維結構和較低的剖面，在PCB板上較容易集成，并且方便進行電路一體化設計。經過合理的設計，平面印制天線可以在占有很小面積的情況下，實現較高的增益和足夠的帶寬。

2 微帶天線的發展現狀

微帶天線由一片薄介質片構成，介質片的一面用金屬沉積有幾何形狀的輻射元，通常是矩形、圓形等，而另一面則貼以金屬薄層，用來作為接地板。由于微帶天線的構成特點，使其具有很多突出優點：①體積較小，重量又很輕，同時它有低剖面的結構，能夠較容易地實現與載體共形；②可以大批量生產，并且成本相對低廉；③散射截面很小；④可以獲得單方向上的寬瓣方向圖，其最大輻射方向是在平面的法線方向；⑤與微帶線路能夠較容易實現集成；⑥可以比較容易實現線極化和圓極化，并且容易達到雙頻段、雙極化等多功能工作。

微帶天線的這些特殊優點使其在約100,MHz～100,GHz的寬廣頻域上日益廣泛地得以應用。在遙感技術、衛星通信、雷達監控、導彈遙測、生物醫學輻射器以及各種無線電設備中都有微帶天線的使用。

但是，微帶天線與其他天線相比也有一些缺點，不足之處表現在：①單個微帶天線的功率容量較低；②介質片的質量對微帶天線性能影響較大；③效益較低，例如在匹配負載上會有很大的損耗；④帶寬相對較窄；⑤會出現副瓣不容易控制的情況，因為在表面波、接頭、饋線等會產生不需要的輻射。

在實際應用過程中，微帶天線的優勢大大超過它的劣勢，并且，通過一些合理的設計，微帶天線的不足將會得到很大的改善。隨著研究設計的日益完善，微帶天線將會在更多領域更好地發揮作用。

3 微帶天線的分類

常用的微帶天線是在一個薄介質基片上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面采用光刻腐蝕等方法制作出一些特定形狀的金屬貼片，利用微帶線或者同軸探針對貼片饋電。當金屬貼片是一個面積單元的時候，我們稱其為微帶天線；當金屬貼片是一個細長帶條的時候，我們稱其為微帶陣子天線。當然，金屬貼片還可以是其他形狀。還有另外一種微帶天線我們稱其為微帶縫隙天線，它是由微帶饋線和開在地板上的縫隙組成，即把接地板刻出窗口即縫隙，而在介質基片的另一面刻出微帶線對縫隙饋電，縫隙的形狀也是多種多樣的。

具體說，微帶天線可以分為 3種基本類型：微帶貼片天線、微帶行波天線和微帶縫隙天線。

3.1 微帶貼片天線

微帶貼片天線是由一個薄的介質基片構成，在基片的一面上有任意平面幾何形狀的導電貼片，基片的另一面上接地板。在設計使用中可以通過改變饋電位置來調節天線的輸入阻抗，也可以通過適當地增加基片的厚度或其他方法來展寬頻帶。但是，同時應注意避免出現明顯的表面波，表面波是指因為接地板上的介質層會造成電磁場束縛在導體表面附近傳播而不向空間輻射而產生的波。

3.2 微帶行波天線

微帶行波天線(Microstrip Traveling-Wave Antenna)是由基片、在基片一面上的鏈形周期結構或普通的長TEM波(TEM波即電磁波的電場和磁場都在垂直于傳播方向的平面上)傳輸線和基片另一面上的地板組成。微帶行波天線沿線傳輸行波，一端接一個匹配負載，當天線上維持行波的時候，可以通過設計實現主波束位于從邊射到端射的任意方向。

3.3 微帶縫隙天線

微帶縫隙天線由微帶饋線和開在地板上的縫隙組成，縫隙的形狀多樣化，可以根據具體設計進行選擇，一般常見的有寬縫天線、窄縫天線、圓環縫天線、圓貼片縫天線等。

4 天線在無線局域網的應用

隨著信息技術的日益發展，人們對信息的需求度日益提高，需要在任意時間、任意地點進行實時數據的傳輸與接收。因此，就要求無線、移動、多媒體的網絡技術與之相適應，這些都進一步推動了無線局域網的發展。無線局域網憑借無線傳輸信道，能夠實現在一定范圍內的無線網絡通信，是有線局域網的發展和延伸。天線技術設計的進一步發展完善，能夠保證在選定范圍內實現信號強度穩定的覆蓋，其中，微帶天線更是因為其具有性價比高、集成度更高、體積小等特殊優點成為無線局域網應用的一個重點研究領域，并在實際應用中取得了不俗的成績。

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