在萬(wàn)物互聯(lián)的大趨勢(shì)下，無(wú)線(xiàn)通信模塊成為了各類(lèi)電子設(shè)備中不可或缺的一部分，而模塊的通信質(zhì)量很大程度上取決于天線(xiàn)設(shè)計(jì)是否合理。本文介紹了如何選擇合適的天線(xiàn)并發(fā)揮出天線(xiàn)最佳的性能。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，為了節(jié)省研發(fā)周期，不少?gòu)S商都推出各種各樣的成品天線(xiàn)。然而如果工程師選擇不當(dāng)，不僅起不到應(yīng)有的效果，反而會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間與成本在排查調(diào)試上，得不償失。本文將介紹常用的幾種天線(xiàn)并結(jié)合在工程中的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)給出設(shè)計(jì)建議，以供大家參考。

接下來(lái)為大家介紹常用的天線(xiàn)種類(lèi):

(1) 板載PCB式天線(xiàn):采用PCB蝕刻而成，成本低，但是性能有限，可調(diào)性好，可大批量用于藍(lán)牙、WiFi無(wú)線(xiàn)通信模塊。

(2) SMT貼片式：常用的有陶瓷天線(xiàn)，占用面積少，集成度高，容易更換，適用于對(duì)空間要求小的產(chǎn)品，但是該類(lèi)型天線(xiàn)價(jià)格稍貴且?guī)捚　?/p>

(3) 外置棒狀天線(xiàn)：性能好，無(wú)需調(diào)試，方便更換，增益高，適用于各種終端設(shè)備。

(4) FPC天線(xiàn)：通過(guò)饋線(xiàn)連接，安裝自由，增益高，通?？梢允褂帽衬z貼在機(jī)器非金屬外殼上，適用于性能要求高且外殼空間充足的產(chǎn)品上。

圖1 常見(jiàn)天線(xiàn)

天線(xiàn)的作用是將射頻信號(hào)輻射到自由空間，這時(shí)候選擇合適的天線(xiàn)對(duì)于傳輸距離就有很大的影響。天線(xiàn)對(duì)周?chē)h(huán)境很敏感，很多情況下會(huì)出現(xiàn)即使選擇了合適的天線(xiàn)，也達(dá)不到預(yù)期的效果。由于有些客戶(hù)對(duì)天線(xiàn)設(shè)計(jì)需要考慮的因素不清楚，這里我們給出在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中的一些經(jīng)驗(yàn)，便于客戶(hù)更好地設(shè)計(jì)出自己的電路與PCB，增加項(xiàng)目的成功機(jī)會(huì)。

1、 匹配電路設(shè)計(jì)

在原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，需要在天線(xiàn)與模塊射頻輸出管腳預(yù)留一個(gè)π型網(wǎng)絡(luò)。天線(xiàn)的阻抗受PCB的鋪地、天線(xiàn)的安裝以及周?chē)慕饘俚纫蛩赜绊?，預(yù)留這個(gè)網(wǎng)絡(luò)是為了在天線(xiàn)嚴(yán)重偏離50歐姆阻抗時(shí)，將其匹配至50歐姆。

X1，X2，X3都是電抗元件，如果天線(xiàn)是標(biāo)準(zhǔn)的50歐姆阻抗，那么X2，X3可以不焊接，X1接220PF電容或者0歐姆電阻。在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，這三個(gè)器件已經(jīng)盡量靠近模塊的射頻輸出腳，并且連接的傳輸線(xiàn)短且直。匹配元件的周?chē)?.5mm區(qū)域內(nèi)不要鋪地，以減少寄生參數(shù)對(duì)匹配電路的影響。

圖2 匹配電路

2、 微帶線(xiàn)設(shè)計(jì)

在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，由于大部分的天線(xiàn)與模塊的輸出阻抗是50歐姆，為了盡量減少在傳輸過(guò)程中能量的反射，射頻輸出管腳到天線(xiàn)之間的PCB引線(xiàn)應(yīng)為50歐姆的微帶線(xiàn)。常用的板材為FR4(介電常數(shù)4.2-4.6)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)線(xiàn)寬約為微帶線(xiàn)距離參考層距離的2.2倍時(shí)，微帶線(xiàn)的特征阻抗約為50歐姆。具體設(shè)計(jì)時(shí),建議使用微帶線(xiàn)阻抗控制工具(ADS、txline等)來(lái)計(jì)算,并通過(guò)實(shí)際調(diào)試來(lái)完成微帶線(xiàn)的設(shè)計(jì)。如下圖所示，微帶線(xiàn)下面的鋪地層必須是完整的地，在微帶線(xiàn)兩側(cè)需要多打接地過(guò)孔。

圖3 微帶線(xiàn)

3、 金屬對(duì)天線(xiàn)的影響

如果天線(xiàn)附近有金屬材料的物體時(shí)，金屬能反射電磁波，不但會(huì)影響天線(xiàn)的實(shí)際使用空間，增加天線(xiàn)的損耗電阻，降低輻射效率，而且導(dǎo)致天線(xiàn)輻射性能的惡化。在安裝天線(xiàn)時(shí)，要注意：

a：天線(xiàn)距離電池至少要有5mm;

b：天線(xiàn)距離屏蔽殼至少要有4mm;

c：在需要安裝外殼的場(chǎng)合，不要在外殼表面使用具有金屬成分的噴漆或者鍍層。