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PCB技術

PCB技術 - 無線通訊中的PCB天線設計

PCB技術

PCB技術 - 無線通訊中的PCB天線設計

無線通訊中的PCB天線設計
2020-09-24
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Author:Annie      分享文章

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

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。