原创 PCB天线设计

PCB天线概述

什么是PCB天线？顾名思义，就是在PCB上印制了一根走线，可以将其画成直线走线，反转的F形走线，蛇形或圆形走线等，长度为四分之一波长就基本可以形成天线，将电信号辐射出去或接收信号。

设计指标

天线的几个关键性能指标：增益、工作频段/带宽、驻波比/输入阻抗。本期我们参考这些关键参数，以广州致远电子股份有限公司推出的ZM602系列Wi-Fi模块为例，看看如何设计出一款性能优秀的PCB天线。

下表是我们本次天线设计的参数指标要求如下。

表1 天线参数设计指标

天线模型

PCB天线最常见的结构是倒F天线，如下图所示。

图1 倒F天线模型

天线的长度需要符合传输信号的四分之一自由空间波长，才能达到发射和接收转换效率最高，同时更好产生较好输入阻抗。2.45GHz信号的自由空间波长为122.45mm，因此相应的天线长度约为30.6mm，该长度就是PCB天线中倒F部分（L）的长度。实际设计中，为了尽可能减小天线占用的空间，常常会设计成蛇形走线。天线的高度（H）、馈线与接地点的距离（S）以及蛇形走线的宽度这三项参数设计到具体的仿真调试，受篇幅影响，这里暂不展开说明。

图2 天线的蛇形走线

除了倒F部分的蛇形走线，天线还需要良好的接地面，才能实现信号的辐射和接收。接地面的长度要求和蛇形走线部分一样，为传输信号的四分之一自由空间波长，即30.6mm。考虑到产品的实际使用环境，无线模组的体积不能太大，因此本次设计中，我们将ZM602模组的整体尺寸设计为25*18mm，其中接地面的最大长度约为25mm（对角线）。由于接地面长度无法达到30.6mm的要求，天线性能受到一定影响。但若将ZM602模块焊接在测试底板或者客户底板上，即可借助底板的接地面，让天线发挥出最好的性能效果。

经过仿真软件的调整优化后，我们最终确定的天线模式尺寸如下。

图3 PCB天线完整模型

天线性能测试

现在，ZM602的PCB天线已经设计完成，找元器件现货上唯样商城那么这款天线的性能是否达到了我们的设计要求呢？我们在仿真软件中对天线进行仿真测试（带测试底板），以及对天线实物进行了实际测试，测试结果显示，天线各项参数均满足设计要求。

表2 天线参数测试结果