物联网行业中的PCB板载天线设计要点

PCB板载天线介绍

什么是 PCB 天线？顾名思义，就是在 PCB （印制电路板）上印制了一根走线。这根走线的形状多种多样，可以将其画成笔直的直线走线，也可以是反转的 F 形走线，还可以是蜿蜒曲折的蛇形或圆润的圆形走线等等。通常来说，当走线的长度达到四分之一波长时，就基本上可以形成天线，从而能够有效地将电信号辐射出去，或者接收来自外部的信号。

在实际应用中，PCB 天线具有诸多优点。例如，它的设计相对简单，成本较低，而且可以与其他电路元件集成在同一块 PCB 板上，节省空间并提高系统的整体性能。此外，PCB 天线还具有较好的稳定性和可靠性，能够在不同的环境条件下正常工作。

然而，PCB 天线也存在一些局限性。由于其尺寸和形状受到 PCB 板的限制，因此在某些情况下，其性能可能不如专门设计的外置天线。此外，PCB 天线的带宽相对较窄，可能无法满足一些对带宽要求较高的应用需求。

总之，PCB 天线是一种在 PCB 上印制的走线，通过合理的设计和布局，可以实现电信号的辐射和接收。在选择使用 PCB 天线时，需要根据具体的应用需求和环境条件，综合考虑其优点和局限性，以确保系统的性能和可靠性。

设计指标

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。

一般天线的选择有一些因素，除了考虑性能还要考虑成本，所以在选择天线的时候，需要综合考虑。

PCB板载天线成本低，但性能会稍微差一点。PCB板载天线也有几种形式。

倒L形PCB板载天线

如下图7所示，图8就是倒L形天线的变种，也是因空间不够，扭曲一下，以匹配频率

图7

此倒L形的需要注意的问题跟前面的差不多不再说明，倒L型天线没有倒F型天线效果好一点，因为倒F天线有一个接地馈点，能有效调节频点。

在进行产品设计的过程中，常常会面临空间有限的情况。在这种状况下，我们不得不竭尽全力去无限压缩可用空间。而这样做所带来的后果便是，G（可能是某个特定的参数或变量）持续减小。

圆图和 S 参数图所呈现出的现象，其根源在于天线臂与地平面之间形成了耦合。G 越小，电容效应就愈发显著。这是因为 L 这条线与地平面的距离拉近了，只需回想一下电容的计算公式便能明白其中的原理。

正因如此，我们在设计时，常常会在靠近 L 型天线馈电的位置并联一个电感，其目的在于将我们天线的中心频点阻抗逐渐朝着 50 欧姆靠近。倘若我们认为倒 L 天线的长度过长，从而过多地占用了 PCB 面积，那么还可以选择将馈线进行弯曲走线，其效果如下图所示：

市面上有不少PCB板载天线，主要是上面两种，还有一些如下面的图所示

倒F型板载天线

倒F型天线是由倒L型天线演变而来的，看下图的演变过程：

在射频电路中，任何的铜箔，导线都不能再简单的看作为导线，他们在高频信号看来，他们是由很多电阻电容电感组成的一种等效电路。因此，在射频电路中，一个短路并不能被看做一个短路，这个短路导线实际上已经是一个电感的特性了。

在倒L型天线中提过，为了调节天线震动的中心频点，我们会在射频输出点增加一个并联电感来微调，使得中心频点阻抗接近50Ω。现在我们通过一个对地短接线，完成了这个电感的等效！

这种天线是由于其形状像是一个趴着的F字母而得名，后来由于空间限制，同样可以把较长的馈线弯曲走线，从而减小占用面积，就出现了下面这样的变种倒F天线。

在射频电路中，任何的铜箔，导线都不能再简单的看作为导线，他们在高频信号看来，他们是由很多电阻电容电感组成的一种等效电路。

C = 真空光速 F = 电磁波频率，倒F天线属于共振原理，接地目的是增加谐振阻抗，达到50Ω。它的等效电路如下

天线表面上看是短路，放在射频频段来看就不是短路了，它包含了电阻，电容以及电感部分。我们沿着这个思路具体看一下，这样的倒F天线，在PCB设计的时候，都有哪些需要注意的问题

天线的长度不是随便画的，为了最小化设计，它的长度一般是射频载波的1/4波长，如果是自己设计的话，最好是使用仿真工具仿真一下。

RF馈点这里引出来的线对接地的阻抗必须做到50Ω。

接地馈点必须要足够可靠的接地。

地平面必须要有足够多的过孔。

天线附近以及它对应的其它层的铜箔必须净空，防止铜皮阻碍天线辐射信号，这根天线对其他铜箔之间的寄生电容很大。

天线必须放在PCB板的角落，三面皆空。

平面倒F型天线

倒F天线的变种叫平面倒F天线，天线是一个立体的东西，所以我们立起来看就明白，F是怎么来的，只要找对一个接地馈点和一个射频馈点，其余部分都是馈线的等效部分。如下图所示就是倒F的PCB板载天线

从上图可以看到，从左下方的RF馈点看过去，就是一个倒F形状，只不过馈线变成了一个平面。同样是倒F结构，这种平面结构的天线要比板载线性天线的性能好很多。很多高性能的天线会采用这种方式，尤其是手机上面，为了更加节省PCB的面积，通常这个天线被设计成一个金属铂片，然后在PCB上设计两个接触点。

虽然，这个平面在不同的手机中形状各不相同，但它的原理就是平面倒F结构，在这个结构件中，你总能找到两个点和PCB相连接，一个是接RF，一个接地平面。

本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki：Cellular IoT Wiki 知识库（https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf）

欢迎同学们走进AmazIOT知识库的世界！

这里是为物联网人构建的技术应用百科，以便帮助你更快更简单的开发物联网产品。

Cellular IoT Wiki初心：

在我们长期投身于蜂窝物联网 ODM/OEM 解决方案的实践过程中，一直被物联网技术碎片化与产业资源碎片化的问题所困扰。从产品定义、芯片选型，到软硬件研发和测试，物联网技术的碎片化以及产业资源的碎片化，始终对团队的产品开发交付质量和效率形成制约。为了减少因物联网碎片化而带来的重复开发工作，我们着手对物联网开发中高频应用的技术知识进行沉淀管理，并基于 Bloom OS 搭建了不同平台的 RTOS 应用生态。后来我们发现，很多物联网产品开发团队都面临着相似的困扰，于是，我们决定向全体物联网行业开发者开放奇迹物联内部沉淀的应用技术知识库 Wiki，期望能为更多物联网产品开发者减轻一些重复造轮子的负担。

Cellular IoT Wiki沉淀的技术内容方向如下：

奇迹物联的业务服务范围：基于自研的NB-IoT、Cat1、Cat4等物联网模组，为客户物联网ODM/OEM解决方案服务。我们的研发技术中心在石家庄，PCBA生产基地分布在深圳、石家庄、北京三个工厂，满足不同区域&不同量产规模&不同产品开发阶段的生产制造任务。跟传统PCBA工厂最大的区别是我们只服务物联网行业客户。

连接我们，和10000+物联网开发者一起 降低技术和成本门槛

让蜂窝物联网应用更简单~~

哈哈你终于滑到最重要的模块了，

千万不！要！划！走！忍住冲动！~

欢迎加入飞书“开源技术交流群”，随时找到我们哦~

点击链接如何加入奇迹物联技术话题群（https://rckrv97mzx.feishu.cn/docx/Xskpd1cFQo7hu9x5EuicbsjTnTf）可以获取加入技术话题群攻略

Hey 物联网从业者，

你是否有了解过奇迹物联的官方公众号“eSIM物联工场”呢？

这里是奇迹物联的物联网应用技术开源wiki主阵地，欢迎关注公众号，不迷路～

及时获得最新物联网应用技术沉淀发布

（如有侵权，联系删除）

审核编辑 黄宇