PCB天线的设计与应用详细说明

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上传日期: 2020-03-18

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  在无线应用中,良好的天线设计是获得良好距离和稳定吞吐量的最关键因素。在低功耗和紧凑型设计中尤其如此,因为天线空间不够理想。然而,对于实现集成天线,存在几种紧凑、经济且非常有效的选择。为了获得所需的性能,要求用户至少对天线如何工作以及所涉及的设计参数有基本的了解。这些参数包括选择正确的天线、天线调谐、匹配、增益/损耗和了解所需的辐射方向图。本说明将帮助用户了解天线的基本知识,并有助于为其应用选择正确的天线解决方案。

  每个承载射频电流的结构都会产生电磁场,并在一定程度上辐射射频功率,同样,外部射频场也会在结构中引入电流。这意味着理论上任何金属结构都可以用作天线。然而,一些结构比其他结构更有效地辐射和接收射频功率。下面的一组示例解释了这个概念。传输线(带状线、同轴线等)被设计成以尽可能小的辐射损耗传输射频功率,因为这些结构被设计成包含电磁场。要从这样的结构中获得任何可观的辐射,需要过高的射频电流,这会由于高损耗而导致低效率。同样,将射频电流引入结构的能力也很重要,由馈源点阻抗来描述。如果馈源点阻抗很高、很低和/或很复杂,很难有效地引入射频电流。与射频场的波长相比,天线结构应具有合理的尺寸。自然大小是波长的一半,在2.4ghz的ISM波段约为6cm。这种尺寸是有效的,因为当以射频功率为中心点时,结构在半波频率处是共振的。减小6厘米以下的尺寸往往会使天线在射频场中不太可见,并且不会产生共振,从而导致效率低下。不是所有的结构都能制造出有效的天线。已经设计出许多能提供良好效率和阻抗匹配的结构,但大多数都是由一些基本结构派生出来的。本文稍后将简要介绍这些基本天线,并就如何成功实现这些天线提出一些好的建议。本注释不包括与天线理论有关的复杂公式,因为它超出了本注释的范围。本说明旨在提供天线如何工作的基本信息,这将允许用户以最少的尝试次数获得合理的性能。如果用户对执行复杂的计算和天线模拟感兴趣,他们应该参考大量和广泛可用的有关天线理论和设计的文献。请注意,简单地复制现有设计并不一定能确保合理的性能。许多外部因素会影响天线的调谐、增益、辐射方向图等。如果将一组环境因素调谐到一个新的环境中,一个天线可能根本无法工作,可能需要进行大量调谐才能达到甚至合理的性能。

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