标签: PCB板载天线

01 PCB板载天线介绍 什么是 PCB 天线？顾名思义，就是在 PCB （印制电路板）上印制了一根走线。这根走线的形状多种多样，可以将其画成笔直的直线走线，也可以是反转的 F 形走线，还可以是蜿蜒曲折的蛇形或圆润的圆形走线等等。通常来说，当走线的长度达到四分之一波长时，就基本上可以形成天线，从而能够有效地将电信号辐射出去，或者接收来自外部的信号。 在实际应用中，PCB 天线具有诸多优点。例如，它的设计相对简单，成本较低，而且可以与其他电路元件集成在同一块 PCB 板上，节省空间并提高系统的整体性能。此外，PCB 天线还具有较好的稳定性和可靠性，能够在不同的环境条件下正常工作。 然而，PCB 天线也存在一些局限性。由于其尺寸和形状受到 PCB 板的限制，因此在某些情况下，其性能可能不如专门设计的外置天线。此外，PCB 天线的带宽相对较窄，可能无法满足一些对带宽要求较高的应用需求。 总之，PCB 天线是一种在 PCB 上印制的走线，通过合理的设计和布局，可以实现电信号的辐射和接收。在选择使用 PCB 天线时，需要根据具体的应用需求和环境条件，综合考虑其优点和局限性，以确保系统的性能和可靠性。 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。 一般天线的选择有一些因素，除了考虑性能还要考虑成本，所以在选择天线的时候，需要综合考虑。 PCB板载天线成本低，但性能会稍微差一点。PCB板载天线也有几种形式。 02 倒L形PCB板载天线 如下图7所示，图8就是倒L形天线的变种，也是因空间不够，扭曲一下，以匹配频率 图7 此倒L形的需要注意的问题跟前面的差不多不再说明，倒L型天线没有倒F型天线效果好一点，因为倒F天线有一个接地馈点，能有效调节频点。 在进行产品设计的过程中，常常会面临空间有限的情况。在这种状况下，我们不得不竭尽全力去无限压缩可用空间。而这样做所带来的后果便是，G（可能是某个特定的参数或变量）持续减小。 圆图和 S 参数图所呈现出的现象，其根源在于天线臂与地平面之间形成了耦合。G 越小，电容效应就愈发显著。这是因为 L 这条线与地平面的距离拉近了，只需回想一下电容的计算公式便能明白其中的原理。 正因如此，我们在设计时，常常会在靠近 L 型天线馈电的位置并联一个电感，其目的在于将我们天线的中心频点阻抗逐渐朝着 50 欧姆靠近。倘若我们认为倒 L 天线的长度过长，从而过多地占用了 PCB 面积，那么还可以选择将馈线进行弯曲走线，其效果如下图所示： 市面上有不少PCB板载天线，主要是上面两种，还有一些如下面的图所示 03 倒F型板载天线 倒F型天线是由倒L型天线演变而来的，看下图的演变过程： 在射频电路中，任何的铜箔，导线都不能再简单的看作为导线，他们在高频信号看来，他们是由很多电阻电容电感组成的一种等效电路。因此，在射频电路中，一个短路并不能被看做一个短路，这个短路导线实际上已经是一个电感的特性了。 在倒L型天线中提过，为了调节天线震动的中心频点，我们会在射频输出点增加一个并联电感来微调，使得中心频点阻抗接近50Ω。现在我们通过一个对地短接线，完成了这个电感的等效！ 这种天线是由于其形状像是一个趴着的F字母而得名，后来由于空间限制，同样可以把较长的馈线弯曲走线，从而减小占用面积，就出现了下面这样的变种倒F天线。 在射频电路中，任何的铜箔，导线都不能再简单的看作为导线，他们在高频信号看来，他们是由很多电阻电容电感组成的一种等效电路。 C = 真空光速 F = 电磁波频率，倒F天线属于共振原理，接地目的是增加谐振阻抗，达到50Ω。它的等效电路如下 天线表面上看是短路，放在射频频段来看就不是短路了，它包含了电阻，电容以及电感部分。我们沿着这个思路具体看一下，这样的倒F天线，在PCB设计的时候，都有哪些需要注意的问题 天线的长度不是随便画的，为了最小化设计，它的长度一般是射频载波的1/4波长，如果是自己设计的话，最好是使用仿真工具仿真一下。 RF馈点这里引出来的线对接地的阻抗必须做到50Ω。 接地馈点必须要足够可靠的接地。 地平面必须要有足够多的过孔。 天线附近以及它对应的其它层的铜箔必须净空，防止铜皮阻碍天线辐射信号，这根天线对其他铜箔之间的寄生电容很大。 天线必须放在PCB板的角落，三面皆空。 04 平面倒F型天线 倒F天线的变种叫平面倒F天线，天线是一个立体的东西，所以我们立起来看就明白，F是怎么来的，只要找对一个接地馈点和一个射频馈点，其余部分都是馈线的等效部分。如下图所示就是倒F的PCB板载天线 从上图可以看到，从左下方的RF馈点看过去，就是一个倒F形状，只不过馈线变成了一个平面。同样是倒F结构，这种平面结构的天线要比板载线性天线的性能好很多。很多高性能的天线会采用这种方式，尤其是手机上面，为了更加节省PCB的面积，通常这个天线被设计成一个金属铂片，然后在PCB上设计两个接触点。 虽然，这个平面在不同的手机中形状各不相同，但它的原理就是平面倒F结构，在这个结构件中，你总能找到两个点和PCB相连接，一个是接RF，一个接地平面。 本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki： Cellular IoT Wiki 知识库(https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf) （如有侵权，联系删除）