?本次推文簡單介紹下WIFI路由器的套桿天線。

路由器天線

路由器在這個萬物互聯的時代，想必大家對其都不陌生。隨著科技的發展，常用的路由器上的天線也越來越多，那么問題來了：天線越多，信號越好嗎？路由器天線長啥樣呢？

對于第一個問題：增加天線個數在一定程度上確實可以提升增益，從而彌補遠距離下信號差所引起的低吞吐率，但是機身就這么大，在固定的口徑面積下，即使口徑利用率拉滿，陣列的總增益也有上限。若采用多天線分集技術，將不同天線的多路信號進行加權合成處理，能改善信噪比，為系統提供了額外的信道增益。從一定程度上來說，增加天線的數量可以提高覆蓋范圍、信號強度、穿墻能力等。不過話說回來，盲目增加天線個數，可能加大天線之間的耦合度，適得其反。

對于第二個問題：常用的路由器天線可以簡單分為兩種：

• 用于遠距離傳輸或需要覆蓋特定方向場景的CPE高增益定向天線。它可以將信號集中在特定方向上，從而增加信號的覆蓋范圍和強度。

• 可以向各個方向均勻地輻射和接收信號的全向天線。它能夠在水平方向上提供360度的覆蓋，適用于需要在多個方向上提供覆蓋的場景，如家庭、辦公室等小型環境，多個設備可以在不同位置都能接收到較為穩定的信號，無需精確對準天線方向，使用起來更加方便。

今天，我們主要介紹下無線路由器中的水平全向高增益的套桿天線。

富蘭克林天線

若要在水平面內實現信號的均勻覆蓋效果，便需要采用全向天線。常見的全向天線就是偶極子天線了。但是在實際使用中，我們發現單個dipole的增益不高，這也導致通訊設備與路由器間隔稍遠一點就接收不到信號了，而且穿墻效果也差。但是，我們也可以采用縱向組陣的方式來提高水平面的增益。

為了節省設計空間、簡化饋電網絡，實際設計中一般采用串聯饋電的方式實現同相饋電。這種天線類型最早可以追溯到由發明家英國工程師查爾斯·塞繆爾·富蘭克林 (Charles Samuel Franklin)于1924年申請的專利——Improvements in Wireless Telegraph Transmitters(專利號：UK242342)。

如上圖所示，當偶極子的尺寸增大時，天線臂上會形成交替變化的電流，從而導致非水平方向較大的能量泄露。專利的核心概念就是：將反相部分彎折起來，保證天線臂上只有同相電流分布。彎折結構可以由電感線圈或者是小間隙的蛇形走線來實現。將具有反相電流的線段進行折疊，分別折疊成四分之一波長的兩條對稱線段。流經這兩段對稱線段的電流大小相同且方向相反，相互抵消。因此，這些折疊后的線段電磁輻射較小。而那些未被折疊的線段，電流同相，構成了垂直于地面且沿軸線排列成一條直線的“天線陣”，此即為富蘭克林天線。

現在市面大部分路由器兼顧WIFI 2.4G/5G雙頻，那么天線部分是怎么實現的呢？很簡單：做一個雙頻dipole天線，每個雙頻天線由正面和背面的輻射臂構成，中間部分加上彎折。不過這樣難免會造成某一頻段的主輻射波束上翹或者下傾的現象。這里友情鞭尸一下：這種套桿天線的最大輻射方向垂直于直立臂哦，不是指哪輻射到哪！

參考油管視頻：

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

MATLAB天線工具箱仿真

打開MATLAB APP界面的Antenna Designer，新建一個不帶地板的Meander。輸入設計頻率2.45GHz后自動生成一個中心饋電的天線模型。只不過這個參數只是將一個半波偶極子通過彎折來縮減尺寸。我們可以通過修改Width(線寬),ArmLength(輸入一個向量，其中儲存每節輻射臂對應的長度。由于對稱性，只需要輸入一半數據即可)，NotchLength(彎折部分的水平長度)，NotchWidth(彎折部分的垂直長度)。

計算出2.45GHz頻率下半波長對應的長度，將天線的對應屬性參數修改下，即可得出初始仿真結果：

3單元富蘭克林天線水平面最大增益6.75dBi。粗略評估的理論值可以達到：

2.15+10*log10(3)=6.92dBi

接下來我們采用工具欄目的Optimize進行簡單優化。

優化后的3元富蘭克林串饋天線陣的水平面增益達到了7.46dBi。

閆鑫1,2，李顥毅1,2，張浩1,2，季來運1

（1.天津海芯電子有限公司，天津300380；2.天津師范大學物理與材料科學學院，天津 300387.）

摘要：基于新型雙模雙復合左右手諧振器結構（D-CRLH），設計了一款四階雙通帶高溫超導濾波器，該濾波器由均勻二分之一波長螺旋耦合微帶線組成。該濾波器實現了兩個通帶的中心頻率和耦合系數獨立可控，增加了濾波器設計的自由度。整個濾波器的物理電路在0.5mm厚的MgO（氧化鎂）襯底上的DyBa2Cu3O7（鏑鋇銅氧）超導薄膜上設計。結果表明，該濾波器具有良好的帶內特性，中心頻率分別為1221MHz和1588MHz，通帶相對帶寬分別為1.06%和2.64%。

作者：微波天線工程師