WIFI路由器的套杆天线简谈

❝本次推文简单介绍下WIFI路由器的套杆天线。

路由器天线

路由器在这个万物互联的时代，想必大家对其都不陌生。随着科技的发展，常用的路由器上的天线也越来越多，那么问题来了：天线越多，信号越好吗？路由器天线长啥样呢？

对于第一个问题：增加天线个数在一定程度上确实可以提升增益，从而弥补远距离下信号差所引起的低吞吐率，但是机身就这么大，在固定的口径面积下，即使口径利用率拉满，阵列的总增益也有上限。若采用多天线分集技术，将不同天线的多路信号进行加权合成处理，能改善信噪比，为系统提供了额外的信道增益。从一定程度上来说，增加天线的数量可以提高覆盖范围、信号强度、穿墙能力等。不过话说回来，盲目增加天线个数，可能加大天线之间的耦合度，适得其反。

对于第二个问题：常用的路由器天线可以简单分为两种：

• 用于远距离传输或需要覆盖特定方向场景的CPE高增益定向天线。它可以将信号集中在特定方向上，从而增加信号的覆盖范围和强度。

• 可以向各个方向均匀地辐射和接收信号的全向天线。它能够在水平方向上提供360度的覆盖，适用于需要在多个方向上提供覆盖的场景，如家庭、办公室等小型环境，多个设备可以在不同位置都能接收到较为稳定的信号，无需精确对准天线方向，使用起来更加方便。

今天，我们主要介绍下无线路由器中的水平全向高增益的套杆天线。

富兰克林天线

若要在水平面内实现信号的均匀覆盖效果，便需要采用全向天线。常见的全向天线就是偶极子天线了。但是在实际使用中，我们发现单个dipole的增益不高，这也导致通讯设备与路由器间隔稍远一点就接收不到信号了，而且穿墙效果也差。但是，我们也可以采用纵向组阵的方式来提高水平面的增益。

为了节省设计空间、简化馈电网络，实际设计中一般采用串联馈电的方式实现同相馈电。这种天线类型最早可以追溯到由发明家英国工程师查尔斯·塞缪尔·富兰克林 (Charles Samuel Franklin)于1924年申请的专利——Improvements in Wireless Telegraph Transmitters(专利号：UK242342)。

如上图所示，当偶极子的尺寸增大时，天线臂上会形成交替变化的电流，从而导致非水平方向较大的能量泄露。专利的核心概念就是：将反相部分弯折起来，保证天线臂上只有同相电流分布。弯折结构可以由电感线圈或者是小间隙的蛇形走线来实现。将具有反相电流的线段进行折叠，分别折叠成四分之一波长的两条对称线段。流经这两段对称线段的电流大小相同且方向相反，相互抵消。因此，这些折叠后的线段电磁辐射较小。而那些未被折叠的线段，电流同相，构成了垂直于地面且沿轴线排列成一条直线的“天线阵”，此即为富兰克林天线。

现在市面大部分路由器兼顾WIFI 2.4G/5G双频，那么天线部分是怎么实现的呢？很简单：做一个双频dipole天线，每个双频天线由正面和背面的辐射臂构成，中间部分加上弯折。不过这样难免会造成某一频段的主辐射波束上翘或者下倾的现象。这里友情鞭尸一下：这种套杆天线的最大辐射方向垂直于直立臂哦，不是指哪辐射到哪！

参考油管视频：

https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=JI-RWmp6t60

MATLAB天线工具箱仿真

打开MATLAB APP界面的Antenna Designer，新建一个不带地板的Meander。输入设计频率2.45GHz后自动生成一个中心馈电的天线模型。只不过这个参数只是将一个半波偶极子通过弯折来缩减尺寸。我们可以通过修改Width(线宽),ArmLength(输入一个向量，其中储存每节辐射臂对应的长度。由于对称性，只需要输入一半数据即可)，NotchLength(弯折部分的水平长度)，NotchWidth(弯折部分的垂直长度)。

计算出2.45GHz频率下半波长对应的长度，将天线的对应属性参数修改下，即可得出初始仿真结果：

3单元富兰克林天线水平面最大增益6.75dBi。粗略评估的理论值可以达到：

2.15+10*log10(3)=6.92dBi

接下来我们采用工具栏目的Optimize进行简单优化。

优化后的3元富兰克林串馈天线阵的水平面增益达到了7.46dBi。

闫鑫1,2，李颢毅1,2，张浩1,2，季来运1

（1.天津海芯电子有限公司，天津300380；2.天津师范大学物理与材料科学学院，天津 300387.）

摘要：基于新型双模双复合左右手谐振器结构（D-CRLH），设计了一款四阶双通带高温超导滤波器，该滤波器由均匀二分之一波长螺旋耦合微带线组成。该滤波器实现了两个通带的中心频率和耦合系数独立可控，增加了滤波器设计的自由度。整个滤波器的物理电路在0.5mm厚的MgO（氧化镁）衬底上的DyBa2Cu3O7（镝钡铜氧）超导薄膜上设计。结果表明，该滤波器具有良好的带内特性，中心频率分别为1221MHz和1588MHz，通带相对带宽分别为1.06%和2.64%。

作者：微波天线工程师