PCB天線(xiàn)知識

PCB天線(xiàn)知識

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首先看下關(guān)于天線(xiàn)的資料。

一、天線(xiàn)

       1.什么是天線(xiàn)？

       天線(xiàn)是一種用來(lái)發(fā)送或者接收電磁波的器件。

       2.天線(xiàn)的作用

       ****天線(xiàn)的作用是將****機的高頻電流（或波導系統中的導行波）的能量有效地轉換成空間的電磁能量。而接收天線(xiàn)的作用則恰恰相反，因此天線(xiàn)實(shí)際上是一個(gè)換能器。

      3.天線(xiàn)的理論基礎

      由麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)又產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，這樣就產(chǎn)生了電磁波。


      4.天線(xiàn)輻射

      要產(chǎn)生輻射就必須有一個(gè)時(shí)變的電流或者具有加速度的電荷。為了使電荷產(chǎn)生加速度，必須使導線(xiàn)彎曲或者使其成V形，還可將其表面制成非連續性或者使其具有終端。加入電荷在導線(xiàn)內作勻速運動(dòng)，如果導線(xiàn)筆直無(wú)限長(cháng)，就不會(huì )有輻射；如果導線(xiàn)被彎曲或者被制成V形，使其具有終點(diǎn)或將其截斷，以及將其表面制成非連續型都將產(chǎn)生輻射。假如電荷在瞬時(shí)狀態(tài)下振動(dòng)，即便導線(xiàn)是筆直的也將產(chǎn)生輻射。

  
       5.天線(xiàn)工作原理

       導線(xiàn)載有交變電流時(shí)，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導線(xiàn)的長(cháng)短和形狀有關(guān)；當導線(xiàn)長(cháng)度增大到可與波長(cháng)相比擬時(shí)，導線(xiàn)上電流大大的增加，因而就能形成較強的輻射。通常將上述能產(chǎn)生顯著(zhù)輻射的直導線(xiàn)成為振子。


      6.

       導體的波長(cháng)為λ/2，其中λ為電信號的波長(cháng)。信號發(fā)生器通過(guò)一根傳輸線(xiàn)（也稱(chēng)為天線(xiàn)饋電）在天線(xiàn)的中心點(diǎn)為其供電。按照這個(gè)長(cháng)度，將在整個(gè)導線(xiàn)上形成電壓和電流駐波，輸入到天線(xiàn)的電能被轉換為電磁輻射，并以相應的頻率輻射到空中。該天線(xiàn)由天線(xiàn)饋電供電，饋電的特性阻抗為50R，并且輻射到特性阻抗為377R的空間中。長(cháng)度為λ/2的天線(xiàn)被稱(chēng)為偶極天線(xiàn)。但在印刷電路板中，大多作為天線(xiàn)使用的導體長(cháng)度僅為λ/4，但仍具有相同的性能。

       通過(guò)在導體下方一定距離的位置上放置接地層，可以創(chuàng )建與導體長(cháng)度相同的鏡像(λ/4)。被組合在一起時(shí)，這些引腳作為偶極天線(xiàn)使用。這種天線(xiàn)被稱(chēng)為四分之一波長(cháng)(λ/4)天線(xiàn)。PCB上幾乎所有的天線(xiàn)都按銅制接地層上四分之一波長(cháng)的尺寸實(shí)現。請注意，該信號現在是單端饋電，同時(shí)接地層作為返回路徑使用。

對于大多數PCB中使用的四分之一波長(cháng)天線(xiàn)，需要特別注意：

1. 天線(xiàn)長(cháng)度

2. 天線(xiàn)饋電

3. 接地層和回流路徑的形狀和尺寸

天線(xiàn)類(lèi)型

如前部分所述，在自由空間中裸露的波長(cháng)為λ/4的所有導體被放在一個(gè)接地層上，并為其提供合適的電壓，那么該導體可以作為一個(gè)天線(xiàn)使用。根據不同的波長(cháng)，天線(xiàn)可能與汽車(chē)的FM天線(xiàn)一樣長(cháng)，也可能與信號浮標上的走線(xiàn)一樣短。對于2.4GHz的應用，大部分PCB天線(xiàn)都屬于下面的類(lèi)型：

1.導線(xiàn)天線(xiàn)：這是在PCB上延長(cháng)到自由空間中的一段導線(xiàn)，它的長(cháng)度為λ/4，并被放置在接地層上。這種天線(xiàn)是由50Ω阻抗的傳輸線(xiàn)供電的。通常，該導線(xiàn)天線(xiàn)提供的性能和輻射范圍最好。該導線(xiàn)可以是直線(xiàn)、螺旋或是回路的。它是一個(gè)三維(3D)的結構，其中天線(xiàn)高出PCB4-5mm，并伸出到空間內。

      2. PCB天線(xiàn)：它是PCB上的一根PCB走線(xiàn)，并且可以將其畫(huà)成直線(xiàn)形走線(xiàn)、反轉的F形走線(xiàn)、蛇形或圓形走線(xiàn)等。在一個(gè)PCB天線(xiàn)中，與導線(xiàn)天線(xiàn)不同的是，該天線(xiàn)沒(méi)有被露到外部空間內，而是在同一個(gè)PCB層上以二維(2D)結構形式存在。

當裸露到空間外的3D天線(xiàn)被放置到PCB層上作為2D的PCB走線(xiàn)時(shí)，必須遵循一定的指南。一般情況下，與導線(xiàn)天線(xiàn)相比，它需要的PCB空間更大，效率也低，但成本低，并且可以給BLE應用提供可接收的無(wú)線(xiàn)距離。


      3.芯片天線(xiàn)：這是一種帶有導體的天線(xiàn)，天線(xiàn)和導體都被組裝在小型的IC封裝中。當天線(xiàn)被封裝在很小的尺寸內時(shí)，它會(huì )變得很有優(yōu)勢。天線(xiàn)USB的納米收發(fā)器等應用會(huì )使用這種天線(xiàn)，當PCB上沒(méi)有足夠的空間來(lái)布局PCB天線(xiàn)時(shí)。有關(guān)芯片天線(xiàn)的信息，。


    賽普拉斯推薦使用IFA和MIFA這兩種PCB天線(xiàn)。BLE應用中的低速率和典型的輻射圍范使這兩種天線(xiàn)特別有用。這些天線(xiàn)既便宜又容易設計，這是因為它們是PCB的組成部分，并且能夠在150至250MHz的頻段范圍內提供良好的性能。

建議將MIFA天線(xiàn)使用在僅需極小的PCB空間的應用中，如無(wú)線(xiàn)鼠標、鍵盤(pán)、演示機等等。對于IFA天線(xiàn)，建議將其應用在要求天線(xiàn)一側的尺寸遠小于另一側的尺寸的應用中，如心率監視器。大多數BLE應用中使用的是MIFA天線(xiàn)。下面各節將詳細介紹每種天線(xiàn)的信息。

蛇形倒F天線(xiàn)(MIFA)

MIFA是一種普通的天線(xiàn)，被廣泛地使用在各個(gè)人機接口設備(HID)中，因為它占用的PCB空間較小。因此賽普拉斯已設計出一種結實(shí)的MIFA天線(xiàn)，而它能在較小的波形系數中提供優(yōu)越的性能。該天線(xiàn)的尺寸為7.2mm×11.1mm(相當于284密耳×437密耳)，因此它很適合于各種HID的應用，例如無(wú)線(xiàn)鼠標、鍵盤(pán)或演示機等。


二、極化天線(xiàn)

     所謂極化就是導體或物體在電場(chǎng)力的作用下產(chǎn)生帶電，這種帶電是極化帶電，即：導體或物體的一端帶正電，而另一端帶負電。一般地說(shuō)，導體或物體被極化帶電，只是兩端帶電，而中心點(diǎn)是不帶電的。

以上是關(guān)于天線(xiàn)和PCB天線(xiàn)的一些知識。

    實(shí)際畫(huà)圖布板過(guò)程中，如果有出現比較大的弧形走線(xiàn)，如果走線(xiàn)被地包圍，一般也不會(huì )出現被干擾或干擾其他線(xiàn)路。但是，一般而言環(huán)形線(xiàn)在一定情況下會(huì )相當于環(huán)形天線(xiàn),既可以接受電磁能量,也可以****電磁能量,這樣就容易造成干擾和被干擾得問(wèn)題,而且其對電磁能量的接受和****能力與環(huán)路面積有關(guān),所以通常都要求盡量減小共模信號與地構成的環(huán)路面積.