标签: 天线设计流程

01 前期评估天线需求 前期评估主要针对无线产品项目，天线形式以及性能的评估，以分析此项目的可行性。 最好先提供芯片或者模块的规格书，可以方便了解这款天线的相关信息，比如天线调试频段，所需要匹配的阻抗。 另外还有pcb以及天线的布局建议。 天线类型 主要是两大类外置和内置天线 内置天线主要有fpc lds等， 他们和板端接触的方式主要是顶针或者弹片 外置天线：按天线罩的材质来划分，有玻璃钢，塑胶棒状，平板状，蘑菇头 辐射场型是全向还是定向，如何选择要看天线应用的实际场景 有源还是无缘天线，就是加不加放大器电路，放大接收进来的微弱信号，以便让后端的模块捕获到 有源电路一般由几级lna低噪声放大器级联，需要给电路提供电压来实现信号放大 射频连接线的线型线长 02 模块制式 确定天线频段以及天线形式的 03 天线频段 模块支持的制式频段可能会多于实际使用的模块制式频段 选择实际使用的制式项段 04 实测指标 需要考虑天线在实际工作时的性能，效率50%以上。 实测是一方面，无线产品还需要做无线相关的认证，出口欧盟需要过CE认证，出口美国需要过FCC认证还有cta，ptcrb等等，还有一些事运营商的认证，国内主要是三大运营商的。 防护等级IP grade，主要针对外置天线，有些设备是放置在户外使用的，防水防尘方面需要达到一定的标准，以避免外界环境中的雨雪以及灰尘进入到设备中，这里是IP防护等级的两位数字分别代表的含义。 增益要求：主要是为了能够传输更远距离 05 成本考虑 终端出厂价格的高低也会影响天线的设计，低价格的终端不可能考虑成本高的天线方案，低价格的终端不可能考虑成本高的天线方案，只能采用成本和人工较低的天线结构，而有高赋值的终端则希望天线这个零件也是有高技术含量，同时也是高性能的。 06 2D/3D图档 前期评估需要提供样机的id设计图档，以便能更清楚了解整机的设计及使用方式，像2D的Auto CAD图档 dxf和dwg格式文档，3D图档的stp格式文档，通过这些图档文件，可以快速定位天线位置，并了解天线周边环境，来评估天线调试的最佳位置及形式，以及他能达到的最佳性能 07 评估可行性 根据以上信息，搭建模拟板或者软件仿真，总结得出当前环境中，天线需求是否满足，可能有哪些风险点，在和客户沟通中确定哪些是必须达到的，哪些指标是可以放宽的，如果天线评估方案可行，则会进入机壳和主板试制阶段，为后续无缘调试做准备。 * 工程师评估后确定在此环境下是否可以调试出客户所需求性能的天线 若不能在当前环境下调试出所需性能的天线，工程师需要与客户沟通，确认客户是否可以配合作结构更改，如果结构可以更改，工程师会给出整改建议;如果结构不可以更改，工程师会根据此环境来预估天线性能，整理成天线评估发给客户 如当前环境可以调试出天线，工程师会提供在此环境下能调试出的天线的大致面积及预期性能，如天线效率。并整理成天线评估报告发给客户 *客户审阅评估报告后，探讨项目天线的可行性后决定是否执行此项目 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）

01 物联网天线设计步骤介绍 物联网（IoT）天线设计是一个复杂且多步骤的过程，通常包括以下几个关键步骤： 根据电磁波传输理论，计算对应频率天线的电气尺寸。这一步骤是天线设计的基础，需要考虑天线的工作频率、所需带宽以及预期的性能指标（如增益、辐射效率等）。 使用专业软件进行天线设计仿真。通过仿真可以计算天线的电气参数，如阻抗、增益、方向图等，并验证设计是否满足预期的性能要求。 根据仿真设计输出的天线尺寸和材料要求，制作样品。这一步骤通常在专业的制造平台上进行，如嘉立创平台，以确保样品的尺寸和材料符合设计要求。 最后一步是对样品进行实验室测试，以验证其实际性能是否符合设计预期。测试内容包括网络分析仪测试S11参数和辐射参数等。通过这些测试，可以进一步优化天线设计，确保其在实际应用中的性能。 此外，物联网天线设计还需要考虑以下几点： 定制化需求 ：根据具体的应用场景和设计约束，可能需要对天线的尺寸、形状或电气特性进行调整。 集成性 ：天线设计应尽早纳入整体设计流程中，以确保其与设备其他组件的兼容性和最佳性能。 选型标准 ：在设计过程中，需要考虑回波损耗、带宽、辐射效率、辐射图型和增益等关键参数。 通过以上步骤和注意事项，可以设计出满足特定需求的高效物联网天线。 以WiFi内置PCB天线为例，详细展开以上个各步骤，如下： 天线，是电磁波接收发射设备，起到电场转磁场、磁场转电场的作用。传输信号，但不能放大信号！ 天线的电气尺寸，与波长相比拟。通常偶极子天线的两臂长度尺寸约等于λ/4。多数其他形式的天线都是偶极子天线的变型。 02 理论计算： 根据电磁波传输理论，计算对应频率天线的电气尺寸； 某种频率的电磁波在介质里的传输波长，计算公式为： λ=C/f , λ为波长，f为频率，C为介质中的传播速度 其中C=C0/√εr C0为电磁波在真空中的传播速度，等于光速；εr为介质的相对介电常数； WiFi的频率为2.4~2.483 GHz,介质为PCB（FR4的相对介电常数为3.6~4.4)，其λ/4的尺寸为： λ/4=3.0 x 10^8 /(2.45x10^9 x √4.4 x 4)=0.0139米=13.9mm (注：以FR4=4.4计算，但实际工程量产的数值，需要进一步跟PCB板厂确认。根据经验，‘13.9mm’这个值实际中在18~26mm之间。） 03 EDA工具仿真 HFSS是专业的射频仿真软件，常用于天线设计； HFSS仿真软件，可以依据天线的用料及尺寸，计算出对应的天线参数。此案例中，我们定义为天线的形式为PIFA天线，两臂长度在18~26mm选取。通过软件计算最终得出对应的天线尺寸。从而输出到下一步，为天线制样提供物理尺寸。 HFSS仿真软件，大概步骤，建模(选定天线用料及尺寸）、设定计算条件（比如，驱动模式、频率起始、馈电模式、等）、计算及输出结果、（可调参数优化计算）； 具体操作及实现步骤非本文重点，故略之。 本实例，天线的用料及尺寸为，PCB 20x20mm，板厚T=1.0mm； 辐射阵子(PCB铺铜区域)，取为不规格弧形区域，见下图； 仿真后的参数结果为，见图； 04 样品制作 依据仿真设计输出天线的尺寸工程图纸，以制作样品； 本实例天线形式为PCB+cable+IPX接头，Cable+IPX接头为标准品，因此主要输出PCB及其线路图(天线辐射臂）。 设计完成后，输出PCB板子GERBER文件，到平台打板PCB样品 05 实验室测试 测试实际样品的S11参数、辐射参数 PCB板子到手后，焊接天线，来做实际的物料指标测试； S11参数测试，对应的仪器为 网络分析仪； 辐射参数(增益、效率、场型图）测试，3D微波暗室测试； 测试结果为 【S11参数】 【辐射参数】 增益 、场型图 该案例完整阐述了IoT物联网天线的设计步骤，以及测试方法、测试环境(设备及仪器)。 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）