PCB天线倒F天线设计计算方法.pdfVIP

理论： 天线属于一个专业性比较强的学科，包含天线的具体设计过程和原理，天线多频的实现 方法，如何使用电容、电感等集总原件来匹配和改善天线的性能。相关天线包含蛇形天线、 倒F 天线、PIFA 天线、LOOP 天线、缝隙天线和边框天线等。 学天线的初期需要掌握至少一款电磁仿真软件，比如HFSS，CST，ADS 等，个人建议学 习HFSS，因为网络容易找到一些教程，有利于自己的学习和提升。 先来讲一讲倒F 天线的原理，设计一款天线，首先要明确基本的设计指标，也就是期望 的工作频段，因为工作频段直接决定了天线的尺寸。如果是印刷天线，还要考虑介质板的介 电常数和损耗角正切值，这里我只讲介电常数的影响，损耗角正切值会在后面的博文中讲解。 例如，现在要求设计一款工作在2.412GHz--2.472GHz （wifi 11n 协议）的板载行wifi 印 刷天线，采用FR4 介质，要求增益大于1.5dBi，电压驻波比VSWR2 。 先来看一看印刷倒F 天线的基本结构，如下图： 印刷倒F 天线主要有三个主要的结构参数，即天线的谐振长度L，天线高度H 和馈点到 接地点间距S （如图中），其中，谐振长度L 用于调整天线的工作频率，越短则频率越高；天 线高度 H 可用于调整天线的带宽，H 越大，带宽则越大；S 则用于调整天线的输入阻抗，S 越小，阻抗越大，换句话说，S 可以直接用于调整天线的VSWR 性能。 具体设计过程： 第一步，先计算天线的基本尺寸，以 2.45GHz 作为中心频点，则对应的自由空间波长 lambda0 =v/f=122mm，其中v 为光速，f 为需要的频率。 第二步，计算单极子天线的长度，这里要注意，通常板载天线使用的都是单极子天子， 单极子天线通常采用四分之一个波长，而偶极子天线采用半个波长或一个波长(相关知识可 以在百度上有哪些信誉好的足球投注网站，这里不做过多的重复) ，因此，对应的单极子天线长度为： 1/4*Lambda0=30mm。 第三步，需要考虑FR4 介质板对天线的影响，作为印刷天线来讲，天线一面蚀刻在介质 板上，另一面裸露在自由空间中，因此，天线的实际长度还会收到介质板介电常数的影响， 当天线完全处于介质中时，其波长为：Lambdae = Lambda0/(e^0.5)(e 表示介电常数)。 对于印刷天线来讲，由于其一半在空气中，一半在介质板上，因此它的长度介于 四分 之一个介质波长和四分之一个自由空间波长之间，设计中暂时取中间值，根据上面的计算， 四分之一个介质波长为1/4*122/(4.4^0.5)=15mm，因此，可取天线的初始长度为22mm。 根据上图来看，初始长度即为 天线高度 H 和谐振长度 L 的和，我们可以自己定义 H=5mm，L=17mm，S=5mm，天线宽度W=1mm，采用 HFSS 建立三维仿真模型(具体的建模 过程可向作者咨询)，建立的模型如下： 根据初始尺寸进行仿真，得到如下结果： 从S11 参数来看，天线的工作频率覆盖了2.3G--2.6G(S11-10)，达到了我们预期的设计 要求，下面我们来看一看L，H 和S 对天线性能的影响，如下图：