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通讯设备

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通讯模块板载天线设计方法
2021-05-18
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       蛇形板载天线是无线通讯模块应用最广泛的一种天线类型,应用在蓝牙、WiFi、ZigBee等对性能要求不高、但对空间要求比较高的领域。今天就让亿佰特小编给我们普及一下蛇形板载天线的相关常识
       作为天线工程师,每次给前端电路工程师调试规划天线的时分都会好奇的问到:
       ●  为啥这个天线要搞成这个形状?
       ●  这些折弯间有什么讲究,比方折弯次数、折弯的间距。。。
       ●  为什么要选择性的layout在PCB板的某些区域?
       其实我们在做板载蛇形天线规划并没有这些说法,捉住其基本原理,然后能够根据板载所给净空区、结合天线周围环境如金属、大电容、电感、屏蔽罩等实际状况,天马行空的“作画”满意规划要求即可。
       一、原理
       1、蛇形天线的电流分布如下图所示:

蛇形天线

图1 蛇形天线电流方向剖析
       从图中能够看出、蛇形走线的相邻两个折弯上电流巨细持平、方向相反;从电磁场发生的原理,假如蛇形走线相邻两个折弯无限接近时,电磁辐射完全抵消,不对外辐射能量,增益很差。故在规划走线的时分一定要结合给定的天线“净空区”平衡天线面积与小型化要求,不能没有原则的退让,以献身天线的增益来换取产品的漂亮。

  2、当前常见的蛇形天线主要有以下几种,如图:

蛇形天线

图①、②为一般的单极蛇形天线。图③为带寄生的蛇形走线,寄生单元能够增加带宽。图④为单极蛇形的变形-倒F天
      二、实例规划演示
      现在我们以B类结构为例,来简单的规划一个2.45GHz的B类天线结构模型,天线每一段的弯折状况及个段的结构如下:

图3 天线初始尺度设置

图3 天线初始尺度设置
        HFSS模型树立要注意,因为本文所规划的为单极子天线,因而规划中要充分考虑地平面对天线的影响,地平面需要有足够大的面积,以使得天线能够获得较好镜像,完成f射,模型如下:

蛇形天线

图4 HFSS模型

           回波损耗S11仿真:

回波损耗S11仿真

图5 S11仿真成果
       从仿真图中能够看出,S11的仿真结构是比较好的,完全能够达到2.45GHz的作业频段和带宽要求。

       或许有的朋友会有疑问,因为有些朋友是天线的初学者或许经验不足,或许设置初始尺度时经验不足,然后导致初始尺度的仿真结构较差,比方作业频点与预期的偏差较大,S11太大等等,这些状况都是存在的。现在我们就来剖析下出现这类状况的时分我们应该怎么来解决:

       1、作业频点调整
       天线的谐振频段是由天线的有用电流途径长度决议的,因而要调整作业频段,就要考虑从天线的物理长度入手。
       通常,我们规划中需要在蛇形天线的结尾预留一段用变量表示的枝节,如下图所示最右端所标明长度为L的枝节,做优化时,只需要简单的改变此段长度即可,例如,我现在在刚刚树立的模型上做一个示例,令L别离等于1.5mm,2mm,2.5mm和3mm时,来求解其对应的作业频段,求解成果如下:

L的长度对谐振频点的影响

图6 L的长度对谐振频点的影响

       从图中看到,L变化时,天线的谐振频点也会发生非常显着的变化,跟着L减小,天线的谐振频率随之下降。
       2、 S11改善
       S11的决议因素是天线的输入阻抗,通常,单极子天线默许的输入阻抗为50欧姆,当所规划的天线输入阻抗无限接近50欧姆时,则S11将迫临无限小,反之,当输入阻抗违背50欧姆时,则S11将变差,换句话说,输入阻抗违背50欧姆越大,则S11越差。对于本文中所规划的天线结构,如下图所示的L2短路枝节,能够经过调整L2的长度来改变天线在2.45GHz频段上的输入阻抗巨细,进而调整S11参数。我现在在模型上做一个示例,令L2别离等于4mm,4.5mm,5mm,5.5mm和6mm,来看其对应的S11的值,仿真成果如下:

短路枝节L2对S11的影响

图7 短路枝节L2对S11的影响
       从图中看出,L2长度发生变化时,天线的谐振频率几乎坚持不变,但是S11却有非常显着的变化,跟着L2长度增加,S11逐步变好。
       因而实际规划中,能够经过调整短路枝节来改善S11参数。
       蛇形天线的结构多种多样,各位朋友一定要翻开思路,测验不同的弯折方法,将会收获意想不到的成果。

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