各種天線的設計及設計要點

天線是各種智能設備都需要的重要部件，所有需要用到無線的設備都需要用到它。現(xiàn)在是無線時代，網(wǎng)絡路由器都是無線WIFI，電腦，手機連網(wǎng)絡再也不用網(wǎng)線連接了，還有藍牙耳機，藍牙鼠標，藍牙鍵盤等等不再有電線了，這個天線的性能就至關重要了。

一般天線的選擇有一些因素，除了考慮性能還要考慮成本，所以在選擇天線的時候，需要綜合考慮。今天上尉Shonway就給大家講講各種天線的設計及設計要點。

第一種、PCB板載天線

這種天線成本低，但性能會稍微差一點。PCB板載天線也有幾種形式。

a,平面倒F型天線，英文縮寫即PIFA

如下圖所示就是倒F的PCB板載天線

圖1

圖2

下面這個是上面平面倒F的PCB板載天線的變種，由于空間不夠，扭曲一下。

此倒F天線PCB設計都有哪些需要注意的問題？我們首先要知道這個射頻知識，Shonway以前出過一篇文章，對于射頻，任何銅箔，導線都不能看成是簡單的導線，他是由很多阻容電路組成的一種等效電路，你看到短路的，對于射頻就不是短路。以這個思路我們看看這個倒F天線的PCB設計。如下圖所示

圖3

這里有六點要注意

1、這個倒F天線，不是隨便畫的，網(wǎng)上有專門的這種天線的庫，拿過來，按要求放上去就好。如果空間不夠，那就是自己通過仿真自己制作了自己專用的天線了。原創(chuàng)今日頭條：臥龍會IT技術

2、RF饋點這里引出來的線阻抗必須做到50ohm

3、接地饋點必須接地牢靠

4、地平面必須要多打地過孔，如上圖所示，這個過孔間距多少合適的話，我們以前一篇臥龍會布布熊老師寫過一篇文章，大家找一下可以看看

5、天線這里所有層銅箔必須凈空。

6、天線必須放在PCB板的角落里，最好三面都是空的，如圖2所示，上面三面都是空的

手機上的天線叫平面倒F天線，原理上是用一個平面接上一個接地平面饋點，與RF饋點組成，如下圖4所示

圖4

上面圖4從左下方RF饋點這個箭頭看過去，就是一個倒F。同樣是倒F結構，但手機中的天線采用的是平面結構，這個倒F天線就比PCB板載天線性能就會好很多，這樣空間又比較少，成本又低，對于手機天線是最好的選擇。

實際的天線如下圖5所示

圖5

實際上這個平面對于不同手機有很多種形狀，原理就是平面倒F結構，在這個平面上一個是接RF，一個是接地饋點就組成了平面倒F天線。

圖6

上圖就是不同手機天線。他們的原理都是平面倒F天線，是不是長知識了，記得點贊。

b，倒L形PCB板載天線

如下圖7所示，圖8就是倒L形天線的變種，也是因空間不夠，扭曲一下，以匹配頻率

圖7

圖8

此倒L形的需要注意的問題跟前面的差不多不再說明，倒L型天線沒有倒F型天線效果好一點，因為倒F天線有一個接地饋點，能有效調節(jié)頻點。

市面上有不少PCB板載天線，主要是上面兩種，還有一些如下面的圖所示

圖9

圖10

圖11

有些是廠家自己通過仿真制作出來的。

第二種、貼片陶瓷天線

這種天線做成了貼片元件，如下圖所示

圖12

這種天線一端是接RF，一端是接地。陶瓷天線原理，就是通過一根叫做“天線”的電極將天線與地之間形成的高頻電場變成電磁波，從而能發(fā)射出去并傳波到遠方。

PCB最好的布局布線方式就是以下方式

圖13

把陶瓷貼片天線放板邊，一邊接地，一邊連RF信號，下面所有層銅箔都掏空（白色框所示區(qū)域）這樣四個方向，至少2個方向都是空的，對天線的效果很好，不要忘記接地銅箔都要打上接地過孔，打多一點。

第三種、棒狀天線

此種天線如下圖14所示，這種天線效果最好，它是置身于空間，輻射效果最好，但成本也是貴一點，占用的空間也大，這只能是露在機殼外面。

圖14

這種天線在PCB設計時要注意的問題

1、如果RF引線短，RF信號線下面所有層都要凈空，如圖15所示，如果引出線比較長，那還要控制一下這根引出線的阻抗，多層板的話，需要把他下面的第二層凈空，其它層鋪完整銅，然后隔層參考地做阻抗，（為什么要隔層參考，大家評論區(qū)發(fā)表一下意見）阻抗控制在50ohm.如圖16所示。

2、附近的接地銅箔必須接地牢靠，也就是要多打地孔。

圖15

圖16

藍牙天線設計之倒F型天線：

倒F型天線的天線體可以為線狀或者片狀，當使用介電常數(shù)較高的絕緣材料時還可以縮小藍牙天線尺寸。作為板載天線的一種，倒F型天線設計成本低但增加了一定體積，在實際應用中是最常見的一種。天線一般放置在PCB頂層，鋪地一般放在頂層并位于天線附近，但天線周圍務必不能放置地，周圍應是凈空區(qū)。如下圖：

圖17：倒F型天線設計示意圖

藍牙天線設計之曲流型天線設計：

曲流型天線的長度比較難確定。長度一般比四分之一波長稍長，其長度由其幾何拓撲空間及敷地區(qū)決定。曲流型天線一般是PCB封裝，即板載天線。和倒F型一樣，天線一般放置在PCB頂層，鋪地一般放在頂層并位于天線附近，但天線周圍務必不能放置地，周圍應是凈空區(qū)。如圖18，圖19：

圖18：曲流型天線設計示意圖1

圖19：曲流型天線設計示意圖2

注：天線長度計算公式：

天線的長度（米）=（300/f）*0.25*0.96其中f表示頻率（MHz），0.96為波長縮短率藍牙天線長度約為300/2.4G*0.25*0.96 大約為31mm

藍牙天線設計之陶瓷天線設計：

陶瓷天線是另外一種適合于藍牙裝置使用的小型化天線。陶瓷天線的種類分為塊狀陶瓷天線和多層陶瓷天線。由于陶瓷本身介電常數(shù)較PCB電路板高，所以使用陶瓷天線能有效縮小天線尺寸，在介電損耗方面，陶瓷介質也比PCB電路板的介電損失小，所以非常適合低耗電率的的藍牙模塊中使用。在PCB設計時，天線周圍要凈空就可以了，特別注意不能敷銅。如下圖：

圖20：陶瓷天線設計示意圖

藍牙天線設計之2.4G棒狀天線設計：

2.4G棒狀藍牙天線體積大，但傳輸距離要強于其他天線。在PCB設計時，天線周圍也和上述的三種天線設計一樣要凈空。如下圖：

圖20：2.4G棒狀天線設計示意圖

關于藍牙天線設計的其它相關注意點：

1）天線的信號（頻率大于400MHz以上）容易受到衰減，因此天線與附近的地的距離至少要大于三倍的線寬。2）對于微帶線與帶狀線來說，特征阻抗與板層的厚度、線寬、過孔以及板材的介電常數(shù)相關。3）過孔會產(chǎn)生寄生電感，高頻信號對此會產(chǎn)生非常大的衰減，所以走射頻線的時候盡量不要有過孔。