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为缓解因宿主平台接地配置变化而导致的性能退化，本文提出了一种适用于Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7应用的紧凑型宽带印刷天线。该天线仅占用18 × 15 mm2的超微型面积，由非对称T形单极子（ATM）、开路枝节和蜿蜒环形接地线结构组成。蜿蜒接地线作为改进型平面
为缓解因宿主平台接地配置变化而导致的性能退化，本文提出了一种适用于Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7应用的紧凑型宽带印刷天线。该天线仅占用18 × 15 mm2的超微型面积，由非对称T形单极子（ATM）、开路枝节和蜿蜒环形接地线结构组成。蜿蜒接地线作为改进型平面 sleeve balun（套筒巴伦）工作，以抑制PCB引起的共模电流传播，并提升对典型宿主接地变化的鲁棒性。通过控制ATM辐射体与蜿蜒接地环之间的电磁耦合，无需额外匹配电路即可实现宽带阻抗匹配。所提天线覆盖三个工作频段：2.4至2.5 GHz、5.15至5.85 GHz以及5.925至7.125 GHz。测量结果表明，在所研究的宿主接地配置下，谐振频率稳定且阻抗带宽宽，在所研究频率处测得辐射效率高达88%。测得的辐射方向图在2.45 GHz处呈现准全向特性，而在5.5和6.5 GHz处，由于与蜿蜒接地环相关的高次模激励，多瓣行为更加明显。定量覆盖效率或最小实现增益分析超出本研究范围。尽管以USB无线适配器作为演示平台，但所提出的工作机制与天线结构本身相关，而非依赖于USB连接器。
面向Wi-Fi 6E/Wi-Fi 7应用的微型化天线设计论文解读
一、研究背景与问题提出
近年来，为满足用户对美观性的偏好以及边缘网络设备的结构约束，无线通信产品正加速向紧凑化、低剖面化和多频段化方向发展。现代高吞吐量通信框架，如Wi-Fi 6E和新兴的Wi-Fi 7标准，要求终端设备同时支持三个核心频段：2.4 GHz频段（2.4至2.5 GHz）、5 GHz频段（5.15至5.85 GHz）以及新开放许可的6 GHz频段（5.925至7.125 GHz）。然而，现代终端硬件中极端的空间限制严重制约了集成辐射单元的阻抗带宽、匹配稳定性以及总辐射效率。
在小型化天线设计中，一个关键且反复出现的瓶颈是其对宿主接地平面配置变化的敏感性。由于紧凑型天线无法完全孤立工作，它必须与所搭载设备的金属机壳或印刷电路板（PCB）相互作用。当天线自身的电长度固有不足时，设备的有限接地平面充当不完善的返回路径，沿宿主平台产生强共模电流。在某些设计范式中，利用小型天线单元可使宿主接地平面作为扩展辐射体，通过接地辐射技术增强整体增益和阻抗带宽。然而，将宿主接地平面纳入总辐射系统虽然带来尺寸优势，但在实际部署中引入了严重的运行脆弱性——天线的输入阻抗、绝对增益和三维辐射方向图会随其所交互的宿主接地平面的具体尺寸和几何形状而不可预测地变化。
此外，在商业工业应用中，实现小型化通常需要将专用紧凑天线与外部集总匹配网络或调谐枝节配对。由于天线单元缺乏足够的自然谐振长度，其高频性能仍严重依赖接地平面边界条件，当迁移到不同硬件平台时，往往导致严重阻抗失配或频率偏移。因此，开发一种对宿主平台接地配置变化具有鲁棒性的紧凑型多频天线，成为Wi-Fi 6E/Wi-Fi 7应用中的迫切需求。
二、研究内容与核心结论
针对上述问题，本文提出了一种超微型印刷三频天线，总占用面积仅为18 × 15 mm2。该天线采用非对称T型单极子（ATM）、开路枝节以及从USB适配器主体延伸出的新型蜿蜒环形接地线结构。通过将蜿蜒接地线环绕在辐射体周围，使其作为改进型平面 sleeve balun（套筒巴伦），抑制PCB引起的共模电流，并减少辐射体与宿主接地平面之间的电磁相互作用。该设计无需额外匹配电路即可实现宽带阻抗匹配，覆盖2.4 GHz、5 GHz和6 GHz三个主要Wi-Fi工作频段。
研究通过消融实验、耦合路径分析、表面电流分布分析和等效传输线建模，系统验证了天线的工作机制。实验结果表明，天线在所研究的代表性宿主接地配置下保持相对稳定的谐振频率和阻抗特性，测量辐射效率高达88%。该论文发表在《Electronics》期刊上，其重要意义在于提出了一种集成的辐射体-巴伦协同架构，为紧凑型多频天线在变宿主接地环境下的稳定工作提供了新的设计范式。
三、主要关键技术方法
本研究主要采用了以下关键技术方法：基于FR4玻璃环氧树脂基板的单面平面印刷天线结构设计，利用非对称T型单极子（ATM）与蜿蜒环形接地线之间的电磁耦合实现三频谐振；通过消融研究（Ablation Study）对比独立T型辐射体、隔离蜿蜒接地环和完整集成天线的反射系数，验证各结构单元的功能贡献；采用耦合路径分析，通过非对称截断接地环（Case 1左段断开、Case 2右段断开）验证完整闭环结构对多频谐振的关键作用；利用仿真表面电流密度分布分析各频段的谐振机制；基于传输线输入阻抗方程建立等效模型，解释蜿蜒环作为四分之一波长短路谐振环形成高阻抗条件以抑制共模电流的物理机制；采用多接地矩阵评估方法，在不同尺寸的参考接地平面（如300 × 100 mm2、300 × 200 mm2、150 × 200 mm2）下测量天线反射系数，验证其对宿主接地变化的鲁棒性。
四、研究结果
4.1 天线设计与结构
所提天线整体结构实现于标准FR4玻璃环氧树脂基板上，基板尺寸为18 mm × 15 mm × 1.0 mm，相对介电常数为4.3，损耗角正切为0.023。布局为单面平面结构，所有辐射组件、馈线和蜿蜒接地系统均制作在顶层金属层上。系统接地平面（代表USB适配器主体）尺寸为10 mm × 15 mm，有源辐射部分仅占用8 mm × 15 mm的超紧凑净空区域。天线包含非对称T型单极子（ATM）、开路枝节和蜿蜒环形接地线结构。主单极子主要决定6 GHz谐振，而与外围蜿蜒环的电磁耦合促进2.4 GHz和5 GHz频段的工作。
4.2 工作机理
ATM结构由单极子辐射体和不对称T型顶部加载组成。单极子天线设计用于6 GHz频段工作，辐射单元电长度按6.5 GHz处的四分之一波长确定。非对称T型顶部加载和开路枝节的功能是增加阻抗带宽。蜿蜒环形接地线结构作为 sleeve balun（套筒巴伦），起点和终点均接地。根据传输线输入阻抗方程，环形（外环结构）的电长度按5.5 GHz处的四分之一波长确定，蜿蜒环的总电长度按2.45 GHz处的四分之一波长确定。这有助于确保蜿蜒环形接地线结构的输入阻抗接近无穷大，减少PCB感应的共模电流。ATM与接地线结构之间的间距约为走线宽度的一半，是控制耦合水平的关键参数。
4.3 消融研究与耦合路径分析
通过三个结构演化阶段评估外围接地环的作用：独立T型辐射体、隔离蜿蜒接地环和完整集成天线。仿真结果表明，独立T型辐射体固有失配，无法覆盖任何目标Wi-Fi频段；隔离接地环自身也不表现出足够的辐射或匹配行为；当两者组合形成完整集成天线时，结构协同引入了外围接地耦合机制，成功建立目标三频工作，仿真|S11|在2.4 GHz、5 GHz和6 GHz频段均远低于?10 dB，证明辐射体与蜿蜒环之间的相互作用对阻抗匹配至关重要。
耦合路径分析中，Case 1（左段断开）仅保留右侧路径接地，多谐振特性消失，仅剩单一谐振模式，表现为基本环形天线布局；Case 2（右段断开）保留左侧路径，呈现三个不同谐振频率，行为类似于传统倒F天线（IFA），但高频段阻抗带宽严重变窄。该对比分析强调了闭合双接地蜿蜒环的至关重要性——完整环路配置提供了精确的分布式电抗加载和平衡耦合路径，以产生高度稳定的三频谐振。
4.4 仿真电流分布分析
在2.45 GHz处，表面电流强烈耦合到蜿蜒接地环的整个电长度上并沿其分布，呈现典型的四分之一波长谐振特性，建立低频段。在5.5 GHz处，近场能量主要集中于几何结构的外环轮廓，验证中频段耦合机制。在6.5 GHz处，表面电流密度高度集中于ATM的主分支，确认非对称T型单极子本质上作为独立的四分之一波长辐射体控制最高频段。这种形状耦合与交替电流路径的联合优化证明，较低频段有效地从6.5 GHz ATM基础衍生，同时保持与外部宿主扰动的良好去耦。
4.5 仿真与实测|S11|对比
实测阻抗带宽满足|S11| ≤ ?10 dB标准匹配准则：2.4至2.5 GHz（2.45 GHz处百分比带宽13.8%）、5.15至5.85 GHz以及5.925至7.125 GHz（5.5 GHz处46%，6.5 GHz处37.38%）。实测结果与仿真预测高度一致。多接地矩阵实验表明，即使连接到面积约为10 × 15 mm2参考接地约400倍大的参考接地平面，谐振峰频率偏移可忽略不计，为所提出的共模电流抑制机制提供了间接实验证据。
4.6 辐射方向图与辐射性能
在2.45 GHz处，天线在XY平面呈现准全向辐射特性，非常适合移动Wi-Fi终端应用以确保稳定覆盖。在5.5 GHz和6.5 GHz处，高阶谐振模式引入多瓣辐射方向图，但三维辐射分布仍保持空间分布辐射特性。测得峰值增益和辐射效率在所选代表频率处表征了天线的辐射性能。
五、讨论与结论
研究讨论部分指出，所提出的共模电流抑制机制由仿真表面电流分布、结构消融、耦合路径分析、等效传输线模型以及不同宿主接地配置下的实测谐振稳定性共同支持。然而，共模电流幅值的直接定量提取、电流抑制比或特征模参数未进行。宿主接地研究采用受控有限接地配置以隔离接地平面尺寸的影响，而非完整商业平台。天线通过临时微同轴电缆和I-PEX连接器进行表征，高频段边缘附近的偏差可能受连接器、焊接、电缆布线及残余共模效应影响。定量指标如覆盖效率、最小实现增益、累积空间增益分布和完整共/交叉极化特性未包含在本研究中。此外，本研究考虑单天线单元，Wi-Fi 7产品常用的多天线MIMO架构中的互耦、包络相关系数（ECC）、总有源反射系数（TARC）和多单元隔离度未进行研究。
研究结论部分总结：本文提出了面向Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7应用的紧凑型三频天线的设计与实验验证。天线仅占用8 × 15 mm2的超微型面积，结合非对称T型单极子（ATM）与蜿蜒环形接地线结构，实现覆盖2.4、5和6 GHz WLAN频段的多频工作。蜿蜒环作为改进型平面 sleeve balun（套筒巴伦），旨在减少PCB引起的共模电流传播，从而减轻宿主接地平面对天线特性的影响。实验结果表明，在所研究的代表性宿主接地配置下，天线保持相对稳定的谐振频率和阻抗特性，减少了紧凑天线在宿主接地配置改变时常见的频率失谐和阻抗退化。通过优化ATM辐射体与蜿蜒环之间的电磁耦合实现宽带阻抗匹配，形成无需额外集总匹配元件的简单平面天线架构。与现有小型化天线相比，所提架构提供紧凑的辐射体净空、覆盖Wi-Fi 6E/7主要频率分配的三频工作，以及无需额外集总匹配元件的集成分布式匹配和宿主接地电流抑制机制。该平面结构可潜在地采用单面柔性印刷电路（FPC）或激光直接成型（LDS）技术实现，便于集成到紧凑无线设备中。未来工作将研究将该天线概念扩展到更真实的产品级环境和多天线（MIMO）Wi-Fi 7系统。
