应用于WLAN/WiMAX的双6型对称三频单极子天线
张军+刘建霞
摘 要： 设计了一款适应于无线局域网络（WLAN）和全球微波互联接入（WiMAX）的由微带线馈电的平面印刷三频单极子天线。天线的正面呈对称双6形状，提供低频辐射和较宽带宽的高频辐射。为了满足三频设计激励起WiMAX所需的中间频段，在天线背面的接地板上开对称槽线。利用有限元法的电磁仿真软件Ansoft HFSS 15.0进行仿真设计，优化结构数据并得到天线的最终辐射特性结果。结果表明，天线在回波损耗小于-10 dB的工作频带分别是2.39～2.72 GHz，3.36～3.86 GHz和4.22～5.83 GHz，很好地实现了在WLAN和WiMAX的工作频带。同时天线尺寸小、结构简单、共面性好、容易实现，而且天线在各个工作频段具有良好的方向性和增益。
关键词： 三频天线； 单极子天线； 开槽； WLAN； WiMAX； 共面性
中图分类号： TN822?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）23?0097?04
Abstract： A planographic tri?band monopole antenna fed with microstrip line is designed， which is suitable for the wireless local area network （WLAN） and worldwide interoperability for microwave access （WiMAX）. The front of the antenna presents the symmetrical double?6 shape to provide the high?frequency radiation with relatively?wide bandwidth and low?frequency radiation. In order to satisfy the tri?band design and low?frequency radiation， the middle frequency band required by WiMAX is excited， and the earth plate on the back of the antenna is slotted with the symmetric slot line. The electromagnetic simulation software Ansoft HFSS 15.0 based on finite element method is used to perform the simulation design for the antenna， optimize the structure data， and get the final radiation characteristics results of the antenna. The simulation results show that the antenna works at 2.39～2.72 GHz， 3.36～3.86 GHz and 4.22～5.83 GHz respectively while the return loss is less than -10 dB， and can better work at the frequency bands of WLAN and WiMAX. The antenna has small size， simple structure， good coplanarity， easy realization， and good directivity and gain in each working frequency band.
Keywords： tri?band antenna； monopole antenna； slotting； WLAN； WiMAX； coplanarity
0 引 言
近年来无线通信技术发展迅速，随着无线通信设备向便携式、集成化、小型化方向发展，微带天线迅速成为人们关注的热点。微带天线具有体积小、成本低、重量轻、低剖面、易于制造，能与载体共面，容易同有源器件和电路集成为单一的模件，易于实现圆极化、双极化和多频段等优点。由于无线频谱资源有限，目前实现天线的多频带设计备受关注，很多文献也对此作出讨论[1?8]。在WLAN/WiMAX领域，文献[9]通过在圆形贴片上开缝实现双频，但是天线仅工作在WiMAX 2.6 GHz和WLAN 5.8 GHz两个频段；文献[10]在辐射贴片上开C型和U型缝隙，引入两个陷波，实现了三频段天线，但尺寸过大；文献[11]通过在正方形贴片上开半圆形缝隙来实现天线三频段；文献[12]采用了变形的顶加载单极天线结构，通过在非主极化方向上引入多频谐振支节，实现了天线在WLAN/WiMAX三个工作频率上的辐射。
本文设计了由微带线馈电地板开缝带陷波的对称双6型三频平面单极子天线，天线结构简单，共面性好。天线利用Ansoft HFSS 15.0软件进行仿真优化，调整结构获得最优参数，仿真结果良好，实现天线在WLAN/WiMAX三个频率上的满意效果。该天线在回波损耗小于-10 dB的三个不同工作频段分别是2.39～2.72 GHz，3.36～3.86 GHz和4.22～5.83 GHz，在工作频段内辐射特性良好，有较好的增益，工作性能稳定。
1 天线设计
本文设计的天线尺寸为40 mm×35 mm×2 mm，介质板材质使用Rogers RO4003，其相对介電常数[εr=3.38，]损耗正切[tanδ=]0.002 7，介质层厚度[H]为2 mm。天线正面视图为对称的数字6，主要是由馈电的微带线和提供适用在高频和低频WLAN频段的单极子组成。馈线宽度为2.75 mm，单极子天线宽度为2 mm，构成高频和低频极子天线本文采用L型，较长的极子提供低频，短的提供天线的高频，二者由馈线连接起来整体构成阿拉伯数字6。由于弯曲、连接和传输时会产生寄生阻抗从而产生寄生辐射，会导致天线的副瓣电平升高，增益降低，为了降低寄生阻抗的影响，天线极子连接处用切角不用直角。天线的背面接地板上开有对称的两条缝隙，在WiMAX频段形成陷波激励。天线正面和背面分别如图1和图2所示。
本文首先设计产生适应在WLAN的高频和低频[14]波长单极子天线，所设计天线工作于2.45 GHz和5.49 GHz两个频段。波的传输既要经过自由空间也要经过介质，因此设计的天线实际波长应是介于介质的导波长和自由空间的波长之间。具体尺寸由下式可以得出：
式中：c为真空中光速；[fr]为工作频率；[λg]为介质中波长；[εr]为介质层介质参数。所以2.45 GHz工作频率下的[14]波长即[H2]和[L2]之和介于16.6～30.5 mm之间，5.49 GHz工作频率下[14]波长即[H1]和[L1]之和介于7.5～13.8 mm之间。天线的长度影响工作频率，在接下来的仿真设计中针对天线长度会进行优化设计，选取最合适的结果。天线背面的接地板尺寸大小对于天线的辐射性能有很大的影响，考虑到天线的全向辐射和地板对天线的带宽及中心频率的影响，地板长度小于馈线的长度。其次，为了获得适应在WiMAX频段的中间频率，在地板上进行开缝设计，使得缝隙的短路段相对于微带馈线形成一个虚馈点，激励起所需频段，形成陷波，调节缝隙的长度、宽度以及与馈线的距离来调节天线的辐射性能，找到合适的缝隙参数达到设计结果。最后综合考虑天线设计的每个结构参数，选取合适的数值，实现设计要求。
2 天线的仿真结果与分析
结合天线设计的分析，确定天线设计初步参数，通过仿真软件HFSS对天线极子和接地板以及缝隙的尺寸的优化，最终得到最合适的尺寸参数数据。
2.1 天線极子长度的优化
由于两个L型单极子分别在低频段以及高频段产生谐振，改变[L]的长度可以调节天线的谐振频率。当[H1]分别取4 mm，4.6 mm，5.2 mm，其他的设计参数不变，如图3所示。
从图3可以看出，[H1]对高频谐振频率影响大，天线回波损耗小于-10 dB带宽基本不变，增大[H1]会导致高频谐振向左移动，低频谐振也稍微向左移动，但影响不大。同样，对于影响高频的另一个L型，改变参数[H2]也会改变低频的谐振频率，改变趋势同[H1]对高频谐振的影响一致，即其他参数保持不变的情况下，只增大[H2]低频谐振点也会左移，低频天线回波损耗小于-10 dB带宽也基本不变。综合考虑到设计要求所需频段以及天线设计尺寸，暂时选取[H1]和[H2]的取值分别为4.6 mm和16 mm。
2.2 天线接地板的尺寸的优化
本文也讨论了接地板尺寸对于天线带宽和谐振频率的影响。上述分析过接地板长度不能大于馈线长度，分别取接地板长度为11 mm，12 mm，13 mm和14 mm，观察其对天线性能的影响，从而选取合适参数，扫描接地板长度仿真结果如图4所示。
从图4可知，在接地板长度从11～13 mm之间，接地板长度越长，高频谐振频率段天线回波损耗小于-10 dB带宽也会越来越大，并且低频谐振频率向左移动，低频谐振频率段-10 dB带宽随之减小，而且可以很明显地看出低频段的回波损耗数值越来越小，天线低频辐射性能越来越好。但是当接地板长度继续增大到14 mm时，天线高频谐振频率段天线回波损耗小于-10 dB带宽反而减小了，而且低频谐振频率段的回波损耗数值明显增大，导致天线低频辐射性能明显变坏。当接地板长度取11 mm时，高频谐振频率段带宽最小不能覆盖WLAN 5.8 GHz，另外，低频段的回波损耗数值较大，辐射性能不好；当接地板尺寸取12 mm时，较之[L_GND]取13 mm，明显高频段带宽变窄，勉强达到WLAN的高频辐射频段，而低频段谐振频率带宽又过大，会导致干扰过大，而且其回波损耗数值也较大，低频段辐射性能较差；当接地板长度取14 mm时，低频段的回波损耗数值较大，辐射性能不好。
所以综合考虑到带宽、谐振频率和辐射性能的好坏，最后选取[L_GND=13 ]mm，结合上述分析，最后得到天线3个主要参数分别选取[H1=]4.6 mm，[H2=]16 mm，[L_GND=]13 mm，在低频段-10 dB带宽为2.4～2.72 GHz，覆盖了WLAN 2.4 GHz所需频段，回波损耗最小值为-26.16 dB，高频段-10 dB带宽为4～5.9 GHz，涵盖了IEEE 802.11b标准规定的WLAN工作频段5.150 5～5.350 GHz，5.475～5.725 GHz，5.725～5.825 GHz，并且在WLAN工作频段内回波损耗数值较低，基本在-15 dB以下，辐射性能好。
2.2.1 接地板缝隙尺寸的优化
在保持其他参数不变的情况下，扫描较远缝隙的宽度[Ws1，]变化范围为0.35～0.65 mm，获得天线回波损耗的变化如图5所示。
从图5可以看出缝隙宽度对于WLAN低频段谐振频率和回波损耗几乎没有什么影响，但是在WLAN高频段，当缝隙宽度[Ws1]从0.45 mm增大到0.65 mm，天线谐振频率向左移动，回波损耗数值也越来越小，辐射性能变好，天线回波损耗小于-10 dB带宽变化不大，其中当[Ws1=]0.55 mm时，回波损耗小于-10 dB带宽最大达到5.83 GHz。变化最大的还是由此激励起的中间WiMAX频段，缝隙宽度影响了中间高频陷波，从而改善了WiMAX频段的带宽和回波损耗。随着缝隙宽度的增大，中间高频陷波的中心频率也增大向右移动，并且陷波频带在减小，但是当缝隙宽度从0.55 mm增大到0.65 mm后，陷波中心频率迅速向左端减小，并且陷波带宽也迅速增大，覆盖了WiMAX所需要的工作频段。而对于WiMAX工作频段，随着缝隙的增大，天线的回波损耗逐渐减小辐射性能逐渐变好，最重要的是-10 dB带宽也迅速增大，完美地覆盖了WiMAX工作频段，但是同样的当缝隙宽度从0.55 mm增大到0.65 mm后，谐振频率迅速向左移动，-1 dB带宽也快速减小从而错过所需频段。另外，天线回波损耗数值也减小了很多，导致天线的辐射性能快速变差。根据上面的分析，当缝隙宽度选择0.55 mm时，既很好地实现了激励起中间WiMAX频段的要求，同时也照顾到了WLAN频段天线性能。
2.2.2 缝隙到接地板中心的距离的优化
图6为保持其他参数不变的情况下，改变较远距离的缝隙与中心的间距[T1]对天线性能的影响，缝隙与中心间距[T1]从13～16 mm范围内变化，间距为1 mm。从图7可以得到，缝隙与中心间距[T1]的变化对WLAN低频的谐振频率、带宽和回波损耗基本影响不大，都实现了WLAN低频段的设计要求。对于WLAN高频段，天线的谐振频率基本上是随着距离的增大向左移动呈减小的变化趋势，而回波损耗小于-10 dB带宽基本变化不大，基本都覆盖了WLAN高频所需要的频段，而且WLAN高频段内回波损耗数值都较小，辐射性能都很好。对于WiMAX工作频段，缝隙与中心间距[T1]的变化影响很大。当[T1]从13 mm增大到15 mm，与缝隙宽度对中间高频陷波影响一样，间距[T1]的增大也导致了陷波频率向右移动逐渐增大，回波损耗也逐渐变小，改善辐射性能，陷波带宽也逐渐增大。与此同时，设计所需的WiMAX工作频段也随之向右移动，并且回波损耗小于-10 dB带宽也逐渐减小，当[T1=]15 mm时，带宽增大到设计要求的WiMAX频带宽度，回波损耗最小值达到-20 dB以下，辐射特性优异。但是当[T1]继续增大到16 mm时，谐振频率向左减小，带宽也减小了很多，无法覆盖所需WiMAX频段。所以最后选择[T1=]15 mm能很好地完成设计要求。
HFSS最终仿真结果，天线回波损耗如图7所示，回波损耗小于-10 dB工作频段分别是2.39～2.72 GHz，3.36～3.86 GHz和4.22～5.83 GHz，覆蓋了WLAN低频段和高频段的所有频率范围，而且回波损耗数值较小，辐射特性良好。
3 结 语
本文设计了一款由微带线馈电的双6型对称三频单极子天线。首先设计了天线正面的对称单极子天线实现WLAN双频，接着在接地板实行开槽设计，激励WiMAX 频段达到WLAN/WiMAX的三频设计要求。经过电磁仿真软件HFSS 15.0进行仿真设计优化参数，最终获得满足设计要求的天线模型。天线回波损耗小于10 dB频段分别是2.39～2.72 GHz，3.36～3.86 GHz和4.22～5.83 GHz，覆盖了WLAN和WiMAX需要的全部频段，适应于WLAN和WiMAX等无线通信系统。该设计结构简单，容易实现，辐射特性良好，具有一定的可应用性。
参考文献
[1] MOUSTAFA A H， ABDALIAH E A， HASHISH E A. Dual?band N?shaped patch antenna loaded by lumped elements [J]. Microwave and optical technology letters， 2009， 51（11）： 2534?2537.
[2] 宋一川，丁君，郭陈江.具有双频陷波特性的超宽带印刷天线研究[J].微波学报，2013，29（1）：65?69.
[3] LIAO X J， YANG H C， HAN N， et al. Aperture UWB antenna with triple band?notched characteristics [J]. Electronics letters， 2011， 47（ 2）： 77?79.
[4] 李昊然，黄志祥，吴先良，等.一种共面波导馈电的三阻带超宽带天线的设计与研究[J].微波学报，2012，28（4）：10?14.
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[6] 李建军，于利娟，杜文权.应用于WLAN/WiMAX的三频单极子天线设计[J].电子科技，2013，26（1）：62?65.
[7] HUANG S S， LI J， ZHAO J Z. A novel compact planar triple?band monopole antenna for WLAN/WiMAX applications [J]. Progress in electromagnetics research letters， 2014， 50（1）： 117?123.
[8] CHAKRABORTY U， KUNDU A， CHOWDHURY S K， et al. Compact dual?band microstrip antenna for IEEE 802.11a WLAN application [J]. IEEE antennas & wireless propagation letters， 2014， 13： 407?410.
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[10] 汤雪彬，金舒萍.应用于WLAN/WiMAX的三频段微带缝隙天线设计[J].电子元件与材料，2015，34（10）：72?75.
[11] WANG Y D， LU J H， HSIAO H M. Novel design of semi?circular slot antenna with triple?band operation for WLAN/WiMAX communication [J]. Microwave and optical technology letters， 2008， 50（6）： 1531?1534.
[12] 马汉清，褚庆昕.应用于WLAN/WiMAX的小型化全向三频天线[J].华南理工大学学报（自然科学版），2009，37（5）：8?11.
摘 要： 设计了一款适应于无线局域网络（WLAN）和全球微波互联接入（WiMAX）的由微带线馈电的平面印刷三频单极子天线。天线的正面呈对称双6形状，提供低频辐射和较宽带宽的高频辐射。为了满足三频设计激励起WiMAX所需的中间频段，在天线背面的接地板上开对称槽线。利用有限元法的电磁仿真软件Ansoft HFSS 15.0进行仿真设计，优化结构数据并得到天线的最终辐射特性结果。结果表明，天线在回波损耗小于-10 dB的工作频带分别是2.39～2.72 GHz，3.36～3.86 GHz和4.22～5.83 GHz，很好地实现了在WLAN和WiMAX的工作频带。同时天线尺寸小、结构简单、共面性好、容易实现，而且天线在各个工作频段具有良好的方向性和增益。
关键词： 三频天线； 单极子天线； 开槽； WLAN； WiMAX； 共面性
中图分类号： TN822?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）23?0097?04
Abstract： A planographic tri?band monopole antenna fed with microstrip line is designed， which is suitable for the wireless local area network （WLAN） and worldwide interoperability for microwave access （WiMAX）. The front of the antenna presents the symmetrical double?6 shape to provide the high?frequency radiation with relatively?wide bandwidth and low?frequency radiation. In order to satisfy the tri?band design and low?frequency radiation， the middle frequency band required by WiMAX is excited， and the earth plate on the back of the antenna is slotted with the symmetric slot line. The electromagnetic simulation software Ansoft HFSS 15.0 based on finite element method is used to perform the simulation design for the antenna， optimize the structure data， and get the final radiation characteristics results of the antenna. The simulation results show that the antenna works at 2.39～2.72 GHz， 3.36～3.86 GHz and 4.22～5.83 GHz respectively while the return loss is less than -10 dB， and can better work at the frequency bands of WLAN and WiMAX. The antenna has small size， simple structure， good coplanarity， easy realization， and good directivity and gain in each working frequency band.
Keywords： tri?band antenna； monopole antenna； slotting； WLAN； WiMAX； coplanarity
0 引 言
近年来无线通信技术发展迅速，随着无线通信设备向便携式、集成化、小型化方向发展，微带天线迅速成为人们关注的热点。微带天线具有体积小、成本低、重量轻、低剖面、易于制造，能与载体共面，容易同有源器件和电路集成为单一的模件，易于实现圆极化、双极化和多频段等优点。由于无线频谱资源有限，目前实现天线的多频带设计备受关注，很多文献也对此作出讨论[1?8]。在WLAN/WiMAX领域，文献[9]通过在圆形贴片上开缝实现双频，但是天线仅工作在WiMAX 2.6 GHz和WLAN 5.8 GHz两个频段；文献[10]在辐射贴片上开C型和U型缝隙，引入两个陷波，实现了三频段天线，但尺寸过大；文献[11]通过在正方形贴片上开半圆形缝隙来实现天线三频段；文献[12]采用了变形的顶加载单极天线结构，通过在非主极化方向上引入多频谐振支节，实现了天线在WLAN/WiMAX三个工作频率上的辐射。
本文设计了由微带线馈电地板开缝带陷波的对称双6型三频平面单极子天线，天线结构简单，共面性好。天线利用Ansoft HFSS 15.0软件进行仿真优化，调整结构获得最优参数，仿真结果良好，实现天线在WLAN/WiMAX三个频率上的满意效果。该天线在回波损耗小于-10 dB的三个不同工作频段分别是2.39～2.72 GHz，3.36～3.86 GHz和4.22～5.83 GHz，在工作频段内辐射特性良好，有较好的增益，工作性能稳定。
1 天线设计
本文设计的天线尺寸为40 mm×35 mm×2 mm，介质板材质使用Rogers RO4003，其相对介電常数[εr=3.38，]损耗正切[tanδ=]0.002 7，介质层厚度[H]为2 mm。天线正面视图为对称的数字6，主要是由馈电的微带线和提供适用在高频和低频WLAN频段的单极子组成。馈线宽度为2.75 mm，单极子天线宽度为2 mm，构成高频和低频极子天线本文采用L型，较长的极子提供低频，短的提供天线的高频，二者由馈线连接起来整体构成阿拉伯数字6。由于弯曲、连接和传输时会产生寄生阻抗从而产生寄生辐射，会导致天线的副瓣电平升高，增益降低，为了降低寄生阻抗的影响，天线极子连接处用切角不用直角。天线的背面接地板上开有对称的两条缝隙，在WiMAX频段形成陷波激励。天线正面和背面分别如图1和图2所示。
本文首先设计产生适应在WLAN的高频和低频[14]波长单极子天线，所设计天线工作于2.45 GHz和5.49 GHz两个频段。波的传输既要经过自由空间也要经过介质，因此设计的天线实际波长应是介于介质的导波长和自由空间的波长之间。具体尺寸由下式可以得出：
式中：c为真空中光速；[fr]为工作频率；[λg]为介质中波长；[εr]为介质层介质参数。所以2.45 GHz工作频率下的[14]波长即[H2]和[L2]之和介于16.6～30.5 mm之间，5.49 GHz工作频率下[14]波长即[H1]和[L1]之和介于7.5～13.8 mm之间。天线的长度影响工作频率，在接下来的仿真设计中针对天线长度会进行优化设计，选取最合适的结果。天线背面的接地板尺寸大小对于天线的辐射性能有很大的影响，考虑到天线的全向辐射和地板对天线的带宽及中心频率的影响，地板长度小于馈线的长度。其次，为了获得适应在WiMAX频段的中间频率，在地板上进行开缝设计，使得缝隙的短路段相对于微带馈线形成一个虚馈点，激励起所需频段，形成陷波，调节缝隙的长度、宽度以及与馈线的距离来调节天线的辐射性能，找到合适的缝隙参数达到设计结果。最后综合考虑天线设计的每个结构参数，选取合适的数值，实现设计要求。
2 天线的仿真结果与分析
结合天线设计的分析，确定天线设计初步参数，通过仿真软件HFSS对天线极子和接地板以及缝隙的尺寸的优化，最终得到最合适的尺寸参数数据。
2.1 天線极子长度的优化
由于两个L型单极子分别在低频段以及高频段产生谐振，改变[L]的长度可以调节天线的谐振频率。当[H1]分别取4 mm，4.6 mm，5.2 mm，其他的设计参数不变，如图3所示。
从图3可以看出，[H1]对高频谐振频率影响大，天线回波损耗小于-10 dB带宽基本不变，增大[H1]会导致高频谐振向左移动，低频谐振也稍微向左移动，但影响不大。同样，对于影响高频的另一个L型，改变参数[H2]也会改变低频的谐振频率，改变趋势同[H1]对高频谐振的影响一致，即其他参数保持不变的情况下，只增大[H2]低频谐振点也会左移，低频天线回波损耗小于-10 dB带宽也基本不变。综合考虑到设计要求所需频段以及天线设计尺寸，暂时选取[H1]和[H2]的取值分别为4.6 mm和16 mm。
2.2 天线接地板的尺寸的优化
本文也讨论了接地板尺寸对于天线带宽和谐振频率的影响。上述分析过接地板长度不能大于馈线长度，分别取接地板长度为11 mm，12 mm，13 mm和14 mm，观察其对天线性能的影响，从而选取合适参数，扫描接地板长度仿真结果如图4所示。
从图4可知，在接地板长度从11～13 mm之间，接地板长度越长，高频谐振频率段天线回波损耗小于-10 dB带宽也会越来越大，并且低频谐振频率向左移动，低频谐振频率段-10 dB带宽随之减小，而且可以很明显地看出低频段的回波损耗数值越来越小，天线低频辐射性能越来越好。但是当接地板长度继续增大到14 mm时，天线高频谐振频率段天线回波损耗小于-10 dB带宽反而减小了，而且低频谐振频率段的回波损耗数值明显增大，导致天线低频辐射性能明显变坏。当接地板长度取11 mm时，高频谐振频率段带宽最小不能覆盖WLAN 5.8 GHz，另外，低频段的回波损耗数值较大，辐射性能不好；当接地板尺寸取12 mm时，较之[L_GND]取13 mm，明显高频段带宽变窄，勉强达到WLAN的高频辐射频段，而低频段谐振频率带宽又过大，会导致干扰过大，而且其回波损耗数值也较大，低频段辐射性能较差；当接地板长度取14 mm时，低频段的回波损耗数值较大，辐射性能不好。
所以综合考虑到带宽、谐振频率和辐射性能的好坏，最后选取[L_GND=13 ]mm，结合上述分析，最后得到天线3个主要参数分别选取[H1=]4.6 mm，[H2=]16 mm，[L_GND=]13 mm，在低频段-10 dB带宽为2.4～2.72 GHz，覆盖了WLAN 2.4 GHz所需频段，回波损耗最小值为-26.16 dB，高频段-10 dB带宽为4～5.9 GHz，涵盖了IEEE 802.11b标准规定的WLAN工作频段5.150 5～5.350 GHz，5.475～5.725 GHz，5.725～5.825 GHz，并且在WLAN工作频段内回波损耗数值较低，基本在-15 dB以下，辐射性能好。
2.2.1 接地板缝隙尺寸的优化
在保持其他参数不变的情况下，扫描较远缝隙的宽度[Ws1，]变化范围为0.35～0.65 mm，获得天线回波损耗的变化如图5所示。
从图5可以看出缝隙宽度对于WLAN低频段谐振频率和回波损耗几乎没有什么影响，但是在WLAN高频段，当缝隙宽度[Ws1]从0.45 mm增大到0.65 mm，天线谐振频率向左移动，回波损耗数值也越来越小，辐射性能变好，天线回波损耗小于-10 dB带宽变化不大，其中当[Ws1=]0.55 mm时，回波损耗小于-10 dB带宽最大达到5.83 GHz。变化最大的还是由此激励起的中间WiMAX频段，缝隙宽度影响了中间高频陷波，从而改善了WiMAX频段的带宽和回波损耗。随着缝隙宽度的增大，中间高频陷波的中心频率也增大向右移动，并且陷波频带在减小，但是当缝隙宽度从0.55 mm增大到0.65 mm后，陷波中心频率迅速向左端减小，并且陷波带宽也迅速增大，覆盖了WiMAX所需要的工作频段。而对于WiMAX工作频段，随着缝隙的增大，天线的回波损耗逐渐减小辐射性能逐渐变好，最重要的是-10 dB带宽也迅速增大，完美地覆盖了WiMAX工作频段，但是同样的当缝隙宽度从0.55 mm增大到0.65 mm后，谐振频率迅速向左移动，-1 dB带宽也快速减小从而错过所需频段。另外，天线回波损耗数值也减小了很多，导致天线的辐射性能快速变差。根据上面的分析，当缝隙宽度选择0.55 mm时，既很好地实现了激励起中间WiMAX频段的要求，同时也照顾到了WLAN频段天线性能。
2.2.2 缝隙到接地板中心的距离的优化
图6为保持其他参数不变的情况下，改变较远距离的缝隙与中心的间距[T1]对天线性能的影响，缝隙与中心间距[T1]从13～16 mm范围内变化，间距为1 mm。从图7可以得到，缝隙与中心间距[T1]的变化对WLAN低频的谐振频率、带宽和回波损耗基本影响不大，都实现了WLAN低频段的设计要求。对于WLAN高频段，天线的谐振频率基本上是随着距离的增大向左移动呈减小的变化趋势，而回波损耗小于-10 dB带宽基本变化不大，基本都覆盖了WLAN高频所需要的频段，而且WLAN高频段内回波损耗数值都较小，辐射性能都很好。对于WiMAX工作频段，缝隙与中心间距[T1]的变化影响很大。当[T1]从13 mm增大到15 mm，与缝隙宽度对中间高频陷波影响一样，间距[T1]的增大也导致了陷波频率向右移动逐渐增大，回波损耗也逐渐变小，改善辐射性能，陷波带宽也逐渐增大。与此同时，设计所需的WiMAX工作频段也随之向右移动，并且回波损耗小于-10 dB带宽也逐渐减小，当[T1=]15 mm时，带宽增大到设计要求的WiMAX频带宽度，回波损耗最小值达到-20 dB以下，辐射特性优异。但是当[T1]继续增大到16 mm时，谐振频率向左减小，带宽也减小了很多，无法覆盖所需WiMAX频段。所以最后选择[T1=]15 mm能很好地完成设计要求。
HFSS最终仿真结果，天线回波损耗如图7所示，回波损耗小于-10 dB工作频段分别是2.39～2.72 GHz，3.36～3.86 GHz和4.22～5.83 GHz，覆蓋了WLAN低频段和高频段的所有频率范围，而且回波损耗数值较小，辐射特性良好。
3 结 语
本文设计了一款由微带线馈电的双6型对称三频单极子天线。首先设计了天线正面的对称单极子天线实现WLAN双频，接着在接地板实行开槽设计，激励WiMAX 频段达到WLAN/WiMAX的三频设计要求。经过电磁仿真软件HFSS 15.0进行仿真设计优化参数，最终获得满足设计要求的天线模型。天线回波损耗小于10 dB频段分别是2.39～2.72 GHz，3.36～3.86 GHz和4.22～5.83 GHz，覆盖了WLAN和WiMAX需要的全部频段，适应于WLAN和WiMAX等无线通信系统。该设计结构简单，容易实现，辐射特性良好，具有一定的可应用性。
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