如何選擇合適的天線？

在萬物互聯(lián)的大趨勢下，無線通信模塊成為了各類電子設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設計是否合理。本文介紹了如何選擇合適的天線并發(fā)揮出天線最佳的性能。

隨著技術的進步，為了節(jié)省研發(fā)周期，不少廠商都推出各種各樣的成品天線。然而如果工程師選擇不當，不僅起不到應有的效果，反而會浪費很多時間與成本在排查調(diào)試上，得不償失。本文將介紹常用的幾種天線并結(jié)合在工程中的實際使用經(jīng)驗給出設計建議，以供大家參考。

接下來為大家介紹常用的天線種類:

(1) 板載PCB式天線:采用PCB蝕刻而成，成本低，但是性能有限，可調(diào)性好，可大批量用于藍牙、WiFi無線通信模塊。

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

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

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

圖1 常見天線

天線的作用是將射頻信號輻射到自由空間，這時候選擇合適的天線對于傳輸距離就有很大的影響。天線對周圍環(huán)境很敏感，很多情況下會出現(xiàn)即使選擇了合適的天線，也達不到預期的效果。由于有些客戶對天線設計需要考慮的因素不清楚，這里我們給出在實際工程設計中的一些經(jīng)驗，便于客戶更好地設計出自己的電路與PCB，增加項目的成功機會。

1、 匹配電路設計

在原理圖設計時，需要在天線與模塊射頻輸出管腳預留一個π型網(wǎng)絡。天線的阻抗受PCB的鋪地、天線的安裝以及周圍的金屬等因素影響，預留這個網(wǎng)絡是為了在天線嚴重偏離50歐姆阻抗時，將其匹配至50歐姆。

X1，X2，X3都是電抗元件，如果天線是標準的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設計時，這三個器件已經(jīng)盡量靠近模塊的射頻輸出腳，并且連接的傳輸線短且直。匹配元件的周圍1.5mm區(qū)域內(nèi)不要鋪地，以減少寄生參數(shù)對匹配電路的影響。

圖2 匹配電路

2、 微帶線設計

在PCB設計時，由于大部分的天線與模塊的輸出阻抗是50歐姆，為了盡量減少在傳輸過程中能量的反射，射頻輸出管腳到天線之間的PCB引線應為50歐姆的微帶線。常用的板材為FR4(介電常數(shù)4.2-4.6)，根據(jù)經(jīng)驗，當線寬約為微帶線距離參考層距離的2.2倍時，微帶線的特征阻抗約為50歐姆。具體設計時,建議使用微帶線阻抗控制工具(ADS、txline等)來計算,并通過實際調(diào)試來完成微帶線的設計。如下圖所示，微帶線下面的鋪地層必須是完整的地，在微帶線兩側(cè)需要多打接地過孔。

圖3 微帶線

3、 金屬對天線的影響

如果天線附近有金屬材料的物體時，金屬能反射電磁波，不但會影響天線的實際使用空間，增加天線的損耗電阻，降低輻射效率，而且導致天線輻射性能的惡化。在安裝天線時，要注意：

a：天線距離電池至少要有5mm;

b：天線距離屏蔽殼至少要有4mm;

c：在需要安裝外殼的場合，不要在外殼表面使用具有金屬成分的噴漆或者鍍層。