PCB技術 - 無線通訊中的PCB天線設計

天線作為無線訊號輻射和接收的重要器件，在無線通訊中起著關鍵作用。 PCB天線究竟是如何實現訊號從有線到無線的轉換的？ 如何才能設計出一款效能優秀的PCB天線？

什麼是PCB天線？

PCB天線就是在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天線設計要求

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。 現在我們參攷這些關鍵參數，看看如何設計出一款效能優秀的PCB天線。

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 PCB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。

蛇形走線的PCB天線

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，囙此本次設計中，我們將ZM602模組的整體尺寸設計為25*18mm，其中接地面的最大長度約為25mm（對角線）。 由於接地面長度無法達到30.6mm的要求，天線效能受到一定影響。 但若將天線模塊焊接在測試底板或者客戶底板上，即可借助底板的接地面，讓天線發揮出最好的效能效果。

經過模擬軟件的調整優化後，我們最終確定的天線模式尺寸如下。

PCB天線完整模型

PCB天線性能測試

現在，PCB天線已經設計完成，那麼這個PCB天線的效能是否達到了我們的設計要求呢？ 我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，PCB天線各項參數均滿足PCB天線設計要求。