PCB天線知識

PCB天線知識

（ 以下文字均從網絡轉載，歡迎大家補充，指正。）

首先看下關于天線的資料。

一、天線

       1.什么是天線？

       天線是一種用來發送或者接收電磁波的器件。

       2.天線的作用

       ****天線的作用是將****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。而接收天線的作用則恰恰相反，因此天線實際上是一個換能器。

      3.天線的理論基礎

      由麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場產生變化的磁場，而變化的磁場又產生變化的電場，這樣就產生了電磁波。


      4.天線輻射

      要產生輻射就必須有一個時變的電流或者具有加速度的電荷。為了使電荷產生加速度，必須使導線彎曲或者使其成V形，還可將其表面制成非連續性或者使其具有終端。加入電荷在導線內作勻速運動，如果導線筆直無限長，就不會有輻射；如果導線被彎曲或者被制成V形，使其具有終點或將其截斷，以及將其表面制成非連續型都將產生輻射。假如電荷在瞬時狀態下振動，即便導線是筆直的也將產生輻射。

  
       5.天線工作原理

       導線載有交變電流時，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長短和形狀有關；當導線長度增大到可與波長相比擬時，導線上電流大大的增加，因而就能形成較強的輻射。通常將上述能產生顯著輻射的直導線成為振子。


      6.

       導體的波長為λ/2，其中λ為電信號的波長。信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，輸入到天線的電能被轉換為電磁輻射，并以相應的頻率輻射到空中。該天線由天線饋電供電，饋電的特性阻抗為50R，并且輻射到特性阻抗為377R的空間中。長度為λ/2的天線被稱為偶極天線。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，但仍具有相同的性能。

       通過在導體下方一定距離的位置上放置接地層，可以創建與導體長度相同的鏡像(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制接地層上四分之一波長的尺寸實現。請注意，該信號現在是單端饋電，同時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

天線類型

如前部分所述，在自由空間中裸露的波長為λ/4的所有導體被放在一個接地層上，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，也可能與信號浮標上的走線一樣短。對于2.4GHz的應用，大部分PCB天線都屬于下面的類型：

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，并被放置在接地層上。這種天線是由50Ω阻抗的傳輸線供電的。通常，該導線天線提供的性能和輻射范圍最好。該導線可以是直線、螺旋或是回路的。它是一個三維(3D)的結構，其中天線高出PCB4-5mm，并伸出到空間內。

      2. PCB天線：它是PCB上的一根PCB走線，并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。在一個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，而是在同一個PCB層上以二維(2D)結構形式存在。

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，并且可以給BLE應用提供可接收的無線距離。


      3.芯片天線：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的納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。有關芯片天線的信息，。


    賽普拉斯推薦使用IFA和MIFA這兩種PCB天線。BLE應用中的低速率和典型的輻射圍范使這兩種天線特別有用。這些天線既便宜又容易設計，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天線使用在僅需極小的PCB空間的應用中，如無線鼠標、鍵盤、演示機等等。對于IFA天線，建議將其應用在要求天線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。下面各節將詳細介紹每種天線的信息。

蛇形倒F天線(MIFA)

MIFA是一種普通的天線，被廣泛地使用在各個人機接口設備(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的MIFA天線，而它能在較小的波形系數中提供優越的性能。該天線的尺寸為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，例如無線鼠標、鍵盤或演示機等。


二、極化天線

     所謂極化就是導體或物體在電場力的作用下產生帶電，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，導體或物體被極化帶電，只是兩端帶電，而中心點是不帶電的。

以上是關于天線和PCB天線的一些知識。

    實際畫圖布板過程中，如果有出現比較大的弧形走線，如果走線被地包圍，一般也不會出現被干擾或干擾其他線路。但是，一般而言環形線在一定情況下會相當于環形天線,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題,而且其對電磁能量的接受和****能力與環路面積有關,所以通常都要求盡量減小共模信號與地構成的環路面積.