天線設計指南（中）

　　天線饋電的考量

　　表2顯示的是雙層FR4PCB頂層和底層間厚度的“W”值(相應的介電常數為4.3)。頂層包含了天線走線;而底層則是包含了固態RF接地層的下一層。底層的余下PCB空間可以作為信號接地層使用(針對PRoC/PSoC和其他電路)。圖11顯示的是典型的雙層PCB厚度的“W”值。

　　表2.FR4PCB的“W”值：天線層與相鄰射頻的接地層間的厚度。

　　圖11.PCB厚度說明

　　對于為天線饋電更短的PCB走線，這樣的寬度要求是比較寬松的。要確保天線走線的寬度和天線饋電接點的寬度相同。在圖12展示的情況中，天線饋電的走線寬度不是表2中所規定的寬度。

　　圖12.短走線的天線饋電寬度

　　但如果傳輸線較長(從匹配網絡至天線或回到PRoC/PSoC的ANT引腳的線的長約為1cm)，那么賽普拉斯建議使用底層上寬度特定的“W”的傳輸線(TLine)類型(該線被放置在PCB上)作為饋源。

　　圖13表示的是MIFA的S11。該MIFA的帶寬(S11≤–10dB)范圍為2.44GHz±230MHz。因此，在2.44GHz±230MHz的范圍內，天線的反射小于或等于10%，這樣將夠用于BLE應用。

　　圖13.MIFA的S11(回波損耗=–S11)

　　圖14顯示的是MIFA在2.44GHz頻率時完整的3D輻射增益圖。在給自定義應用設置MIFA天線時，該信息非常有用，有助于在需要的方向上得到最大的輻射。在上面的圖中：MIFA被放置在XY平面上，Z軸方向與它垂直。

　　圖14.MIFA的3D輻射增益圖

　　提供該輻射圖，可以知道：最大的輻射出現在與X軸成30°角度的圓錐空間內。這是因為MIFA在XY平面上不能保持正橫或正豎的方向。MIFA豎向部分和末梢和均參加了輻射，并形成一個傾斜的輻射圖。

　　天線長度的考量

　　根據PCB的不同厚度，需要調整MIFA天線的長度，這樣才能調整天線輻射的阻抗和頻率選擇。根據不同的電路板厚度，賽普拉斯提供了下面各天線長度。

　　圖15.MIFA的長度

　　表3.豎向部分和末梢的長度(L_Tip/L_leg)

　　圖15顯示的是兩種適用于兩個不同電路板厚度的MIFA天線。設計人員根據特定的電路板厚度進行調整MIFA天線的長度時，請參考表3。

　　倒F天線(IFA)

　　對于天線的尺寸有一定限制條件的應用中(例如心率監視器)，推薦您選用這種IFA。圖16顯示所推薦的IFA的詳細布局，其中包含了雙層PCB中的頂層和底層。其走線寬度約為24mm。

　　對于厚度為1.6mm的FR4PCB，IFA的尺寸被設計為4mm×20.5mm(157.5mils×807mils)。與MIFA相比，IFA的寬高比(寬度和高度的比例)更大。

　　圖16.IFA布局

　　頂層(天線層)

　　底層(RF接地層)

　　注意：有關1.6mm厚的FR4PCB的Gerber文件(和.brd文件)，請參考www.cypress.com/go/AN91445網頁上的AN91445.zip文件。

　　饋電走線的寬度“W”受產品中PCB堆棧的影響。表4根據頂層(天線層)和底層(相鄰射頻接地層)間不同的PCB厚度給FR4基板提供了相應的“W”值(相應的介電常數為4.3)。頂層包含天線跡線;而底層則為其緊挨的包含了固態RF接地層的下一層。底層上剩余的PCB空間可以作為信號接地平面使用(對于PRoC/PSoC和其他電路)。圖17將典型的雙層PCB的“PCB厚度”的概念與“F”值聯系起來。

　　表4.FR4PCB的“F”值：天線層與相鄰射頻的接地層間的厚度。

　　圖17.PCB厚度說明

　　對于小于3mm的短走線，天線饋電厚度是可以調整的。天線饋電的厚度可以與天線走線厚度相同，請參見圖12。

　　IFA在220MHz的帶寬上(S11≤–10dB)的頻率約為2.44GHz，如圖18中所示。

　　圖18.IFA的S11(回波損耗=-S11)

　　圖19顯示的是IFA在XY平面上的定性輻射圖。在為客戶應用設置IFA天線時，該信息非常有用，有助于在需要的方向上得到最大的輻射。為了便于觀察，圖中只顯示了定性輻射的方向。有關所有XY、YZ、ZX平面上詳細的輻射圖，請聯系賽普拉斯的技術支持。

　　圖19.IFA的定性2D輻射增益圖