设计和仿真无线局域网设备(WLAN)天线

通过采用极化分集技术，可以用低成本PCB基片制造具有良好接收机性能的无线局域网设备(WLAN)天线。

本文将描述如何使用最新的三维电磁场（EM）仿真工具来设计和仿真一对2.4 GHz正交极化的印刷偶极子天线，同时预测表面电流和相关的远场辐射图。

与目前很多同一主题的文章不同，本文论述如何通过使用EM电路协同仿真，综合考虑用于天线极化切换的基带电路元件的效应。采用本文所描述的方法，设计人员可从线性或非线性电路仿真中直接对天线激励，而无须手动执行数据传递。

概述

消费类无线应用要求天线应隐蔽地安装在无线产品中，且必须具有低成本和高性能。下面的示例描述了如何通过在FR4 PCB电路板上印刷双正交偶极子天线，来满足2.4GHz WLAN应用的上述要求。当PCB电路板被垂直放置时，垂直或水平偶极子天线将分别优先发射和接收垂直或水平极化的信号，如图1所示。

通过在天线单元中建立可检测和切换较强信号的电路，可以使用这种极化分集技术来降低多路径反射和干扰对WLAN网络的影响。

这种天线的设计和分析已经在一些文献中详细描述，所以本文将通过使用电磁场（EM）仿真来快速分析天线的特性，进一步再使用电磁场与电路协同仿真技术来分析开关电路对天线性能的影响。

图1 PCB电路板上两个印刷偶极子天线和开关电路构成的极化分集

使用电磁场仿真对天线设计进行快速分析

图2 2.4GHz印刷偶极子天线的三维结构和几何尺寸

使用Agilent EEsof EDA的Momentum三维平面电磁场仿真器天线结构进行精确仿真，结果与公认的数据相吻合。Momentum三维平面电磁场仿真器在典型的笔记本电脑（HP xw4400 Intel Dual Core 6600 2.4GHz Win XP 64bit 2GB RAM）上运行，仿真时间为一分钟。由于这样快速的仿真，我们可以快速分析几何形状或材料参数等变量变化时天线的特性。