A segunda "sub-rede" é um endereço falso gerado automaticamente. Isso acontece em qualquer dispositivo em que ele não possa entrar em contato com o servidor dhcp.
Esse ip estático não funciona mesmo quando você especifica tudo manualmente? Incluindo os servidores gateway e dns?
Se este for o caso, então provavelmente há algo errado com o roteador ou sua configuração. (possivelmente o esquema de criptografia ou algo assim, difícil de dizer)
Uma coisa que você pode tentar é apenas redefinir o roteador para os padrões e ver se o iPhone pode se conectar. Se ainda assim não houver, pode haver algo errado com o roteador.
Outros dispositivos sem fio funcionam?