一、天線的類型

隨著技術的發(fā)展，為了節(jié)省開發(fā)周期，許多廠家都推出了多種成品天線。然而，如果工程師選擇錯誤的方式，它將不會有適當的效果，但將浪費大量的時間和成本的故障排除。本文介紹了幾種常用天線，并結合工程實際經驗給出了一些設計建議。

接下來，我將介紹常用的天線類型：

（1）電路板PCB天線：PCB蝕刻，成本低，性能有限，調諧良好，可用于藍牙和WiFi無線通信模塊的質量。

（2）SMT貼片式：常用陶瓷天線占地面積小，集成度高，易于更換。它適用于空間要求很小的產品，但這種天線成本更高，帶寬也較低。

（3）外棒天線：性能好，不調試，易更換，增益高，適用于各種終端設備。

（4）FPC天線：與饋線連接，自由安裝，高增益，通?？梢杂帽趁婺z附著在機器的非金屬外殼上。適用于性能要求高、占地面積大的產品。

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。

二、天線選擇

影響無線模塊通信距離的主要參數是傳輸功率。在手冊上可以找到無線模塊的傳輸功率和相應的理想傳輸距離。在確定滿足要求的傳輸功率的前提下，考慮天線的選擇和天線的方向。

首先，天線的選擇:

天線的主要規(guī)格包括:頻率范圍，駐波比SWR或VSWR，天線增益，極化模式和阻抗。頻率范圍根據需要選擇;波比最好的不到1.5;天線增益對傳輸距離有影響;極化模式分為線性極化和圓極化;阻抗需要匹配無線模塊的輸出阻抗，通常為50歐姆。我們應該特別注意Bobbi參數。在購買天線后，我們應該使用網絡分析儀來測試SWR。

駐波比與回波損耗、傳輸功率的對照表如表 1所示。

表 1 駐波比與回波損耗、傳輸功率對照表

由上表可知，VSWR=1.5時，理論傳輸功率為96%，當VSWR=2時，傳輸功率只有88.9%，有的天線駐波比指標是小于2，選用天線的時候最好是駐波比小于1.5，可以得到較高的傳輸功率。

其次是天線的方向性：

天線都有方向性，指的是天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力。衡量天線方向性通常使用方向圖，圖 1所示是一個頻率范圍從2400MHz到2500MHz天線的方向圖。

圖 1天線的三維方向圖

天線豎直放置時，紅色最深的方向是天線輻射或接收能力最強的方向，所以在安裝天線的時候，要盡可能往紅色指向的方向去安裝天線，這樣才能保證足夠好的信號質量。另外，金屬平板對信號有屏蔽作用，所以發(fā)射，接收的方向上不要有金屬平面。

也有一些天線的手冊上給出的天線方向圖是用二維圖來表示的，分為H-Plane和E-Plane，如圖 2所示。

圖 2 天線的二維方向圖

在測試無線模塊相互通信時，天線的方向性必須要考慮，在通信空間沒有遮擋且天線的方向對應最強輻射方向時，通信的距離可以達到最大。如果天線安裝的不合適，會導致通信距離變短，甚至無法通信。

工程師在測試無線模塊通信時，經常會遇到信號弱、通信距離沒有達到手冊中的說明或者丟包率高，在確定無線模塊本身沒問題的情況下，不妨先測試一下天線本身的性能，然后再按照天線信號輻射強的方向來測試，會得到更好的測試結果。

三、天線部分電路

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)域內不要鋪地，以減少寄生參數對匹配電路的影響。

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4.2-4.6），根據經驗，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，金屬可以反射電磁波，這不僅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，而且會導致天線輻射的惡化。奧秘。安裝天線時，注意：

A:天線應該至少離電池5mm；

B：天線應該至少離屏蔽體4mm。

C：在外殼需要安裝的外殼外表面不要使用噴涂或涂覆金屬部件。