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有没有办法在PCB上做出导线天线的效果?

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kt98741|  楼主 | 2021-8-16 23:30 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
最近在做一款2.4G无线模块,测试过PCB天线和导线天线,导线天线就是焊一条3.3cm的导线作为天线,测试的效果发现PCB天线在与发射源处于某些角度时,接收效果会非常差,导线天线就好得多,但导线天线要做个插件,实在不利于产品的批量化生产。想请教一下,导线天线性能优越的原理是什么?为什么不能直接在PCB上布一条3.3cm的线代替导线天线,两者有什么区别?有没有方法可以在PCB上直接做出导线天线的效果?

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沙发
steelen| | 2021-8-20 11:15 | 只看该作者
2.4G在PCB上波长10cm(不到),1/4波长多少?
在PCB上设计天线是个技术活,可以做的很好的
外面要加匹配网络的
不是你随便拉个线就行的

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板凳
king5555| | 2021-8-20 23:11 | 只看该作者
一根线也有方向性,只是你没有立体360度旋转,才没发觉。

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地板
向Qian看| | 2021-8-21 01:35 | 只看该作者
哈哈哈,从家电维修网过来的

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5
kkliu| | 2021-8-27 10:39 | 只看该作者

有没有办法在PCB上做出导线天线的效果?

一个线超过1/10波长就有辐射作用。天线的好坏取决于你的天线结构,增益,辐射效率,谐振频率,极化方式,输入阻抗等

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6
chenxiaocong| | 2021-8-30 14:45 | 只看该作者
去网络上找一下2.4GHz 的PCB 天线,画个板子,调一下匹配,应该就能得到你想要的结果了。

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7
小驴友| | 2021-9-1 11:33 | 只看该作者

有没有办法在PCB上做出导线天线的效果?

        一、原理

        1、蛇形天线的电流分布如下图所示:

       

        图1 蛇形天线电流方向分析

        从图中可以看出、蛇形走线的相邻两个折弯上电流大小相等、方向相反;从电磁场产生的原理,如果蛇形走线相邻两个折弯无限靠近时,电磁辐射完全抵消,不对外辐射能量,增益很差。故在设计走线的时候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,以牺牲天线的增益来换取产品的美观。

        2、当前常见的蛇形天线主要有以下几种,如图:

       

        图①、②为普通的单极蛇形天线。图③为带寄生的蛇形走线,寄生单元可以增加带宽。图④为单极蛇形的变形-倒F天

        二、实例设计演示

        现在我们以B类结构为例,来简单的设计一个2.45GHz的B类天线结构模型,天线每一段的弯折情况及个段的结构如下:

       

        图3 天线初始尺寸设置

        HFSS模型建立要注意,由于本文所设计的为单极子天线,因此设计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,实现f射,模型如下:

       

        图4 HFSS模型

        回波损耗S11仿真:

       

        图5 S11仿真结果

        从仿真图中可以看出,S11的仿真结构是比较好的,完全可以达到2.45GHz的工作频段和带宽要求。

        可能有的朋友会有疑问,因为有些朋友是天线的初学者或者经验不足,可能设置初始尺寸时经验不足,从而导致初始尺寸的仿真结构较差,比如工作频点与预期的偏差较大,S11太大等等,这些情况都是存在的。现在我们就来分析下出现这类情况的时候我们应该怎么来解决:

        1、工作频点调整

        天线的谐振频段是由天线的有效电流路径长度决定的,因此要调整工作频段,就要考虑从天线的物理长度入手。

        通常,我们设计中需要在蛇形天线的末端预留一段用变量表示的枝节,如下图所示最右端所标示长度为L的枝节,做优化时,只需要简单的改变此段长度即可,例如,我现在在刚刚建立的模型上做一个示例,令L分别等于1.5mm,2mm,2.5mm和3mm时,来求解其对应的工作频段,求解结果如下:

       

        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产生非常明显的变化,随着L减小,天线的谐振频率随之下降。

        2、 S11改善

        S11的决定因素是天线的输入阻抗,通常,单极子天线默认的输入阻抗为50欧姆,当所设计的天线输入阻抗无限接近50欧姆时,则S11将逼近无限小,反之,当输入阻抗偏离50欧姆时,则S11将变差,换句话说,输入阻抗偏离50欧姆越大,则S11越差。对于本文中所设计的天线结构,如下图所示的L2短路枝节,可以通过调整L2的长度来改变天线在2.45GHz频段上的输入阻抗大小,进而调整S11参数。我现在在模型上做一个示例,令L2分别等于4mm,4.5mm,5mm,5.5mm和6mm,来看其对应的S11的值,仿真结果如下:

       

        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保持不变,但是S11却有非常明显的变化,随着L2长度增加,S11逐渐变好。因此实际设计中,可以通过调整短路枝节来改善S11参数。蛇形天线的结构多种多样,各位朋友一定要打开思路,尝试不同的弯折方式,将会收获意想不到的结果。

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