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高頻微波技術

高頻微波技術 - PCB天線設計的優化

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高頻微波技術 - PCB天線設計的優化

PCB天線設計的優化
2023-05-05
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Author:PCB      分享文章

PCB天線又稱為印刷電路板天線,是一種將天線直接印製在PCB(印刷電路板)上的天線形式。 這種天線在現代無線通訊設備中扮演著越來越重要的角色,特別是在移動設備、物聯網設備和無線感測器網路中,由於其緊湊、輕便和低成本的特點,得到了廣泛應用。


PCB天線的設計原理基於電磁場理論。 通過在PCB板上佈置特定的金屬導體圖案,可以形成有效的電磁輻射和接收結構,從而實現無線訊號的發送和接收。 PCB天線的效能受到多種因素的影響,包括導體圖案的形狀、尺寸、資料以及PCB板的介質特性等。 囙此,在設計PCB天線時,需要綜合考慮這些因素,以確保天線的效能滿足實際應用需求。


關於PCB天線

什麼是PCB天線? 顧名思義,就是在PCB上印製了一根走線,可以將其畫成直線走線,反轉的F形走線,蛇形或圓形走線等,長度為四分之一波長就基本可以形成天線,將電信號輻射出去或接收訊號。


PCB天線設計

天線的幾個關鍵性能指標:增益、工作頻段/頻寬、駐波比/輸入阻抗。


PCB天線模型

PCB天線最常見的結構是倒F天線,如下圖所示。


倒F天線模型

倒F天線模型

天線的長度需要符合傳輸訊號的四分之一自由空間波長,才能達到發射和接收轉換效率最高,同時更好產生較好輸入阻抗。 2.45GHz訊號的自由空間波長為122.45mm,囙此相應的天線長度約為30.6mm,該長度就是PCB天線中倒F部分(L)的長度。

實際設計中,為了盡可能减小天線佔用的空間,常常會設計成蛇形走線。 天線的高度(H)、饋線與接地點的距離(S)以及蛇形走線的寬度這三項參數設計到具體的模擬調試。


天線的蛇形走線

除了倒F部分的蛇形走線,天線還需要良好的接地面,才能實現訊號的輻射和接收。 接地面的長度要求和蛇形走線部分一樣,為傳輸訊號的四分之一自由空間波長,即30.6mm。 考慮到產品的實際使用環境,無線模組的體積不能太大.


天線的蛇形走線

天線的蛇形走線

PCB天線性能測試

們在模擬軟件中對天線進行模擬測試(帶測試底板),以及對天線實物進行了實際測試,測試結果顯示,天線各項參數均滿足設計要求。



PCB天線的種類繁多,常見的有偶極子天線、單極子天線、環形天線、縫隙天線等。 這些天線形式各有優缺點,適用於不同的應用場景。 例如,偶極子天線具有較好的輻射效能和穩定性,適用於一般的無線通訊設備; 而單極子天線則具有更小的尺寸和更低的成本,適合用於小型化、低成本的應用場景。


在實際應用中,PCB天線的設計和優化是一項關鍵任務。 設計師需要根據具體的無線通訊標準、設備尺寸、效能要求等因素,選擇合適的天線形式和參數,並進行詳細的模擬和測試。 通過不斷優化天線設計,可以提高無線通訊設備的效能、穩定性和可靠性。

除了設計優化外,PCB天線的製作和安裝也是一項重要工作。 製作過程中需要確保PCB板的質量、導體圖案的精度和一致性等因素,以保證天線的效能。 安裝時則需要考慮天線的位置、方向、阻抗匹配等問題,以確保天線能够有效地與無線通訊設備的其他部分集成。

隨著無線通訊科技的不斷發展和進步,PCB天線也面臨著新的挑戰和機遇。 一方面,新的無線通訊標準和科技對天線的效能提出了更高的要求; 另一方面,隨著PCB板製造技術的不斷進步和成本的不斷降低,PCB天線也將在更多的領域得到應用。


PCB天線作為現代無線通訊設備中的重要組成部分,其設計和應用涉及到多個領域的知識和科技。 通過不斷的研究和創新,我們可以期待PCB天線在未來無線通訊領域發揮更加重要的作用。 同時,也需要關注PCB天線在實際應用中可能面臨的問題和挑戰,如電磁干擾、天線匹配等問題,並採取相應的措施加以解决。


在實際應用中,PCB天線還需要與其他無線通訊設備組件進行配合,如射頻收發器、濾波器、功率放大器等。 囙此,對於PCB天線的設計和應用,需要具備全面的無線通訊知識和科技背景。 同時,也需要關注無線通訊科技的發展趨勢和市場需求,不斷推陳出新,為無線通訊領域的發展做出貢獻。


PCB天線作為現代無線通訊設備中的重要組成部分,其設計、製作和應用涉及到多個領域的知識和科技。 通過不斷的研究和創新,我們可以期待PCB天線在未來無線通訊領域發揮更加重要的作用,為人們的生產和生活帶來更加便捷和高效的通信體驗。