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2.4G 天线设计完整指南（原理、设计、布局、性能、调试）

2018-09-07 知明而行 q... 转自 孤城夜影

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本文章使用简单的术语介绍了天线的设计情况，并推荐了两款经过测试的低成本

PCB 天线。

这些 PCB 天线能够与 PRoC?和 PSoC?系列中的低功耗蓝牙 (BLE) 解决方案配合使用。 为了使性 能最佳， PRoC BLE 和 PSoC4 BLE2.4GHz 射频必须与其天线正确匹配。本应用笔记中最后部 分介绍了如何在最终产品中调试天线。

1、简介

天线是无线系统中的关键组件，它负责发送和接收来自空中的电磁辐射。为低成本、消费广的 应用设计天线，并将其集成到手提产品中是大多数原装设备制造商 端客户从某个 RF 产品 (如电量有限的硬币型电池 料外壳以及良好的

PCB 布局。

(OEM) 正在面对的挑战。终

)获得的无线射程主要取决于天线的设计、塑

对于芯片和电源相同但布局和天线设计实践不同的系统，它们的 RF(射频 )范围变化超过 50%

也是正常的。本应用笔记介绍了最佳实践、布局指南以及天线调试程序，并给出了使用给定电 量所获取的最宽波段。

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图 1.典型的近距离无线系统

设计优良的天线可以扩大无线产品的工作范围。 从无线模块发送的能量越大， 在已给的数据包

错误率 (PER)以及接收器灵敏度固定的条件下，传输的距离也越大。另外，天线还有其他不太 明显的优点，例如：在某个给定的范围内，设计优良的天线能够发射更多的能量，从而可以提 高错误容限化 (由干扰或噪声引起的 )。同样，接收端良好的调试天线和 小的辐射条件下工作。

Balun(平衡器 )可以在极

最佳天线可以降低 节省电池电量。

PER，并提高通信质量。 PER 越低，发生重新传输的次数也越少，从而可以

2、天线原理

天线一般指的是裸露在空间内的导体。 该导体的长度与信号波长成特定比例或整数倍时，

“谐振 ”。

它可

作为天线使用。因为提供给天线的电能被发射到空间内，所以该条件被称为

图 2. 偶极天线基础

如图 2 所示，导体的波长为 λ ，/2其中 λ为电信号的波长。信号发生器通过一根传输线 (也称为天线馈电 )在天线的中心点为其供电。按照这个长度，将在整个导线上形成电压和电流驻波，如图 2 所示。

输入到天线的电能被转换为电磁辐射，并以相应的频率辐射到空中。该天线由天线馈电供电， 馈电的特性阻抗为

50 Ω，并且辐射到特性阻抗为

377 Ω的空间中。

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因此，对于天线的几何形状，有两个非常重要的事项需要注意：

1.天线长度

2.天线馈电

长度为 λ /2的天线 (如图 2 所示 )被称为偶极天线。但在印刷电路板中，大多作为天线使用的导 体长度仅为 λ /4，但仍具有相同的性能。请参见图

3。

通过在导体下方一定距离的位置上放置接地层，可以创建与导体长度相同的镜像 组合

在一起时，这些引脚作为偶极天线使用。这种天线被称为四分之一波长

( λ /4)。被

( λ 天/4)线。

PCB 上几乎所有的天线都按铜制接地层上四分之一波长的尺寸实现。 端馈电，同时接地层作为返回路径使用。

请注意，该信号现在是单

图 3. 四分之一波长天线

对于大多数 PCB 中使用的四分之一波长天线，需要特别注意：

1. 天线长度

2. 天线馈电

3. 接地层和回流路径的形状和尺寸

3、天线类型

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