PCB天线设计

pcb天线概述
什么是pcb天线?顾名思义,就是在pcb上印制了一根走线,可以将其画成直线走线,反转的f形走线,蛇形或圆形走线等,长度为四分之一波长就基本可以形成天线,将电信号辐射出去或接收信号。
设计指标
在上一期文章(深入解读无线通信中的天线① — 初识天线),我们介绍了天线的几个关键性能指标:增益、工作频段/带宽、驻波比/输入阻抗。本期我们参考这些关键参数,以广州致远电子股份有限公司推出的zm602系列wi-fi模块为例,看看如何设计出一款性能优秀的pcb天线。
下表是我们本次天线设计的参数指标要求如下。
表1 天线参数设计指标
天线模型
pcb天线最常见的结构是倒f天线,如下图所示。
图1 倒f天线模型
天线的长度需要符合传输信号的四分之一自由空间波长,才能达到发射和接收转换效率最高,同时更好产生较好输入阻抗。2.45ghz信号的自由空间波长为122.45mm,因此相应的天线长度约为30.6mm,该长度就是pcb天线中倒f部分(l)的长度。实际设计中,为了尽可能减小天线占用的空间,常常会设计成蛇形走线。天线的高度(h)、馈线与接地点的距离(s)以及蛇形走线的宽度这三项参数设计到具体的仿真调试,受篇幅影响,这里暂不展开说明。
图2 天线的蛇形走线
除了倒f部分的蛇形走线,天线还需要良好的接地面,才能实现信号的辐射和接收。接地面的长度要求和蛇形走线部分一样,为传输信号的四分之一自由空间波长,即30.6mm。考虑到产品的实际使用环境,无线模组的体积不能太大,因此本次设计中,我们将zm602模组的整体尺寸设计为25*18mm,其中接地面的最大长度约为25mm(对角线)。由于接地面长度无法达到30.6mm的要求,天线性能受到一定影响。但若将zm602模块焊接在测试底板或者客户底板上,即可借助底板的接地面,让天线发挥出最好的性能效果。
经过仿真软件的调整优化后,我们最终确定的天线模式尺寸如下。
图3 pcb天线完整模型
天线性能测试
现在,zm602的pcb天线已经设计完成,那么这款天线的性能是否达到了我们的设计要求呢?我们在仿真软件中对天线进行仿真测试(带测试底板),以及对天线实物进行了实际测试,测试结果显示,天线各项参数均满足设计要求。
表2 天线参数测试结果


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