目錄：
1、簡介
2、天線原理
3、天線型別
4、天線選擇
5、賽普拉斯proc/psoc ble的天線
6、賽普拉斯專有的pcb天線
蛇形倒f天線（mifa）
倒f天線（ifa）
7、晶元天線
8、導線天線
9、各種天線的比較
10、天線的除錯
本文章使用簡單的術語介紹了天線的設計情況，並推薦了兩款經過賽普拉斯測試的低成本pcb天線。這些pcb天線能夠與賽普拉斯proc™和psoc®系列中的低功耗藍芽(
ble)解決方案配合使用。為了使效能最佳，proc
ble和psoc4
ble2.4ghz射頻必須與其天線正確匹配。本應用筆記中最後部分介紹了如何在最終產品中除錯天線。
簡介
天線是無線系統中的關鍵元件，它負責傳送和接收來自空中的電磁輻射。為低成本、消費廣的應用設計天線，並將其整合到手提產品中是大多數原裝裝置製造商(oem)正在面對的挑戰。終端客戶從某個rf產品(如電量有限的硬幣型電池)獲得的無線射程主要取決於天線的設計、塑料外殼以及良好的pcb布局。
對於晶元和電源相同但布局和
天線設計
實踐不同的系統，它們的rf(射頻)範圍變化超過50%也是正常的。本應用筆記介紹了最佳實踐、布局指南以及天線除錯程式，並給出了使用給定電量所獲取的最寬波段。
圖1.典型的近距離無線系統
設計優良的天線可以擴大無線產品的工作範圍。從無線模組傳送的能量越大，在已給的資料報錯誤率(per)以及接收器靈敏度固定的條件下，傳輸的距離也越大。另外，天線還有其他不太明顯的優點，例如：在某個給定的範圍內，設計優良的天線能夠發射更多的能量，從而可以提高錯誤容限化(由干擾或雜訊引起的)。同樣，接收端良好的除錯天線和balun(平衡器)可以在極小的輻射條件下工作。
最佳天線可以降低per，並提高通訊質量。per越低，發生重新傳輸的次數也越少，從而可以節省電池電量。
天線原理
天線一般指的是裸露在空間內的導體。該導體的長度與訊號波長成特定比例或整數倍時，它可作為天線使用。因為提供給天線的電能被發射到空間內，所以該條件被稱為「諧振」。
圖2. 偶極天線基礎
如圖2所示，導體的波長為λ/2，其中λ為電訊號的波長。訊號發生器通過一根傳輸線(也稱為天線饋電)在天線的中心點為其供電。按照這個長度，將在整個導線上形成電壓和電流駐波，如圖2所示。
輸入到天線的電能被轉換為電磁輻射，並以相應的頻率輻射到空中。該天線由天線饋電供電，饋電的特性阻抗為50ω，並且輻射到特性阻抗為377ω的空間中。
因此，對於天線的幾何形狀，有兩個非常重要的事項需要注意：
1.天線長度 ,2.天線饋電 .
長度為λ/2的天線(如圖2所示)被稱為偶極天線。但在印刷電路板中，大多作為天線使用的導體長度僅為λ/4，但仍具有相同的效能。請參見圖3。
通過在導體下方一定距離的位置上放置接地層，可以建立與導體長度相同的映象(λ/4)。被組合在一起時，這些引腳作為偶極天線使用。這種天線被稱為四分之一波長(λ/4)天線。pcb上幾乎所有的天線都按銅製接地層上四分之一波長的尺寸實現。請注意，該訊號現在是單端饋電，同時接地層作為返回路徑使用。
圖3. 四分之一波長天線
對於大多數pcb中使用的四分之一波長天線，需要特別注意：
1. 天線長度
2. 天線饋電
3. 接地層和回流路徑的形狀和尺寸
天線型別
如前部分所述，在自由空間中裸露的波長為λ/4的所有導體被放在乙個接地層上，並為其提供合適的電壓，那麼該導體可以作為乙個天線使用。根據不同的波長，天線可能與汽車的fm天線一樣長，也可能與訊號浮標上的走線一樣短。對於2.4ghz的應用，大部分pcb天線都屬於下面的型別：
1.導線天線：這是在pcb上延長到自由空間中的一段導線，它的長度為λ/4，並被放置在接地層上。這種天線是由50ω阻抗的傳輸線供電的。通常，該導線天線提供的效能和輻射範圍最好。該導線可以是直線、螺旋或是迴路的。它是乙個三維(3d)的結構，其中天線高出pcb4-5mm，並伸出到空間內。
2. pcb天線：它是pcb上的一根pcb走線，並且可以將其畫成直線形走線、反轉的f形走線、蛇形或圓形走線等。在乙個pcb天線中，與導線天線不同的是，該天線沒有被露到外部空間內，而是在同乙個pcb層上以二維(2d)結構形式存在;請參見圖5。
當裸露到空間外的3d天線被放置到pcb層上作為2d的pcb走線時，必須遵循一定的指南。一般情況下，與導線天線相比，它需要的pcb空間更大，效率也低，但成本低，並且可以給ble應用提供可接收的無線距離。
3.晶元天線：這是一種帶有導體的天線，天線和導體都被組裝在小型的ic封裝中。當天線被封裝在很小的尺寸內時，它會變得很有優勢。天線usb的奈米收發器等應用會使用這種天線，當pcb上沒有足夠的空間來布局pcb天線時。有關晶元天線的資訊，請參見下圖。想要了解各種天線的尺寸對比，請參見表4
天線的選擇
天線的選擇取決於其應用、可用電路板的尺寸、成本、輻射範圍以及方向性等因素。
藍芽低功耗(ble)應用(比如無線滑鼠)只需要10英吋的輻射範圍和幾kbps的資料速率。然而，對於採用語音識別的遙控應用，則需要乙個室內設定天線，該天線的輻射範圍大概為10-15英吋，並且其資料速率為64kbps。
對於無線音訊應用，需要分集天線。分集天線是指：將兩根天線放置在同乙個pcb上，這樣可以保證最少有一根天線始終能夠接收某些輻射，而另一根天線則可能會因反射和多路徑衰弱而被遮住。在傳輸實時音訊資料並需要較高的吞吐量而不會丟失資料報的情況下，需要用到分集天線。也可以將它用在信標應用中，進行室內定位。
下面部分提供了天線效能的某些關鍵引數。
§ 回波損耗：天線的回波損耗表示天線如何與阻抗為50ω的傳輸線(tl)實現匹配，將其顯示為圖7中的訊號饋送。通常，這個tl的阻抗值為50ω，但也可以是其他數值。對於工業標準，商業天線和它的測試裝置的電阻為50ω，因此建議您最好使用該值。
回波損耗指出：由於不匹配，天線反射的入射功率大小(公式1)。乙個理想的天線會發射全部功率，不會產生任何反射。
如果該回波損耗是無限的，則認為天線與tl完全匹配，如圖7所示。s11是回波損耗的倒數，其單位為db。根據經驗估計，如果回波損耗≥10db(既s11≤–10db)，便足夠大。表1顯示了天線的回波損耗(db)與反射功率(%)。回波損耗為10db時，表示90%的入射功率被傳給天線以進行發射。
§ 頻寬：是指天線的頻率響應。它表示在採用的整個頻帶上，即在
ble應用的2.40ghz至2.48ghz的範圍內，該天線與50ω的傳輸線如何相互匹配。
如圖8所示，在2.33ghz至2.55ghz的頻寬上，回波損耗大於10db。因此，採用的頻寬為200mhz左右。
§ 輻射效率：指的是非反射功耗中的一部分(請參見圖7)被消耗為天線中的熱量。產生熱量是由於fr4基板中的介電損耗以及銅線中的導體損耗造成的。該資訊作為輻射效率。輻射效率為100%時，全部非反射的功耗都被發射到空間內。對於小型的pcb外形因素，熱耗最小。
§ 輻射圖型：該圖型表示輻射的方向性，即表示在哪個方向上的輻射更大，哪個方向上的輻射更小。這有助於在應用中準確地確定天線的方向。
無方向性天線可以按與軸線相垂直的平面上所有方向進行等效發射。但大多數天線都達不到這個理想的效能。欲瞭解詳細說明，請參看圖9中所示的pcb天線的輻射圖。每個資料點都代表rf場強，可以通過接收器中用於接收訊號強度的指示器(rssi)進行測量。正如所料的情況，獲得的輪廓影象並不是圓形的，因為該天線不是各向同性的。
§ 增益：增益提供了所採用方向的輻射與各向同性天線(即可從所有方向進行發射)進行對比的資訊。增益單位為dbi，即表示在與乙個理想的無方向性天線進行對比時輻射的場強。
PCB天線設計
本文章使用簡單的術語介紹了天線的設計情況，並推薦了兩款經過賽普拉斯測試的低成本pcb天線。這些pcb天線能夠與賽普拉斯proc 和psoc 系列中的低功耗藍芽 ble 解決方案配合使用。為了使效能最佳，proc ble和psoc4 ble2.4ghz射頻必須與其天線正確匹配。本應用筆記中最後部分介紹...
入門指引 天線基礎與HFSS CST天線設計流程
電磁場數值 技術及天線設計與應用 線上大綱 第一天上午 電磁場理論及天線設計理論基礎 天線電磁 概述 1 基礎理論回顧 了解電磁 方法的理論基礎 1.1經典電磁理論 經典麥克斯韋方程組 電磁波在媒質中的傳輸特性 傳輸線特性分析 波導理論 1.2天線設計理論 天線的輻射 增益 方向性係數 阻抗匹配 天...
Layout pcb之天線設計
一 天線的定義 天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導行波，變換成在無界媒介 通常是自由空間 中傳播的電磁波，或者進行相反的變換。在無線電裝置中用來發射或接收電磁波的部件。無線電通訊 廣播 電視 雷達 導航 電子對抗 遙感 射電天文等工程系統，凡是利用電磁波來傳遞資訊的，都依靠天線來進行工作。此外，...