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注：本文來自 成都億佰特 作為天線工程師，每次給前端電路工程師調試設計天線的時候都會好奇的問到： ● 為啥這個天線要搞成這個形狀？ ● 這些折彎間有什么講究，比如折彎次數、折彎的間距。。。 ● 為什么要選擇性的layout在PCB板的某些區域？ 一、原理 1、蛇形天線的電流分布如下圖所示： 圖1 蛇形天線電流方向分析 從圖中可以看出、蛇形走線的相鄰兩個折彎上電流大小相等、方向相反；從電磁場產生的原理，如果蛇形走線相鄰兩個折彎無限靠近時，電磁輻射完全抵消，不對外輻射能量，增益很差。故在設計走線的時候一定要結合給定的天線“凈空區”平衡天線面積與小型化要求，不能沒有原則的退讓，以犧牲天線的增益來換取產品的美觀。 2、當前常見的蛇形天線主要有以下幾種，如圖： 圖①、②為普通的單極蛇形天線。圖③為帶寄生的蛇形走線，寄生單元可以增加帶寬。圖④為單極蛇形的變形-倒F天 二、實例設計演示 現在我們以B類結構為例，來簡單的設計一個2.45GHz的B類天線結構模型，天線每一段的彎折情況及個段的結構如下： 圖3 天線初始尺寸設置 HFSS模型建立要注意，由于本文所設計的為單極子天線，因此設計中要充分考慮地平面對天線的影響，地平面需要有足夠大的面積，以使得天線能夠獲得較好鏡像，實現f射，模型如下： 圖4 HFSS模型 回波損耗S11仿真： 圖5 S11仿真結果 從仿真圖中可以看出，S11的仿真結構是比較好的，完全可以達到2.45GHz的工作頻段和帶寬要求。 可能有的朋友會有疑問，因為有些朋友是天線的初學者或者經驗不足，可能設置初始尺寸時經驗不足，從而導致初始尺寸的仿真結構較差，比如工作頻點與預期的偏差較大，S11太大等等，這些情況都是存在的�，F在我們就來分析下出現這類情況的時候我們應該怎么來解決： 1、工作頻點調整 天線的諧振頻段是由天線的有效電流路徑長度決定的，因此要調整工作頻段，就要考慮從天線的物理長度入手。 通常，我們設計中需要在蛇形天線的末端預留一段用變量表示的枝節，如下圖所示最右端所標示長度為L的枝節，做優化時，只需要簡單的改變此段長度即可，例如，我現在在剛剛建立的模型上做一個示例，令L分別等于1.5mm，2mm，2.5mm和3mm時，來求解其對應的工作頻段，求解結果如下： 圖6 L的長度對諧振頻點的影響 從圖中看到，L變化時，天線的諧振頻點也會產生非常明顯的變化，隨著L減小，天線的諧振頻率隨之下降。 2、 S11改善 S11的決定因素是天線的輸入阻抗，通常，單極子天線默認的輸入阻抗為50歐姆，當所設計的天線輸入阻抗無限接近50歐姆時，則S11將逼近無限小，反之，當輸入阻抗偏離50歐姆時，則S11將變差，換句話說，輸入阻抗偏離50歐姆越大，則S11越差。對于本文中所設計的天線結構，如下圖所示的L2短路枝節，可以通過調整L2的長度來改變天線在2.45GHz頻段上的輸入阻抗大小，進而調整S11參數。我現在在模型上做一個示例，令L2分別等于4mm，4.5mm，5mm，5.5mm和6mm，來看其對應的S11的值，仿真結果如下： 圖7 短路枝節L2對S11的影響 從圖中看出，L2長度發生變化時，天線的諧振頻率幾乎保持不變，但是S11卻有非常明顯的變化，隨著L2長度增加，S11逐漸變好。 因此實際設計中，可以通過調整短路枝節來改善S11參數。 蛇形天線的結構多種多樣，各位朋友一定要打開思路，嘗試不同的彎折方式，將會收獲意想不到的結果。 獲取更多資訊和技術支持，關注 億佰特物聯網應用專家 公眾號 |
