PCB设计板放置天線(xiàn)设计技巧

2020-04-09

天線(xiàn)对周围环境敏感。因此，当PCB上有(yǒu)天線(xiàn)时，设计布局应考虑到天線(xiàn)的要求，因為(wèi)这可(kě)能(néng)会极大地影响设备的无線(xiàn)性能(néng)。将天線(xiàn)集成到新(xīn)设计中时应格外小(xiǎo)心。甚至PCB的材料，层数和层厚度也会影响天線(xiàn)的性能(néng)。

定位天線(xiàn)以提高性能(néng)

天線(xiàn)以不同的模式工作，并且根据单个天線(xiàn)的辐射方式，可(kě)能(néng)需要将其放置在特定位置上-沿着PCB的短边，長(cháng)边或角落。

通常，PCB的角是放置天線(xiàn)的非常好的位置。这是因為(wèi)拐角位置允许天線(xiàn)在五个空间方向上具有(yǒu)间隙，并且天線(xiàn)的馈電(diàn)位于第六方向上

天線(xiàn)制造商(shāng)提供了适合不同位置的天線(xiàn)设计选择，因此产品设计师可(kě)以选择最适合其布局的天線(xiàn)。通常，制造商(shāng)的数据表会显示参考设计，如果遵循该参考设计，则会提供非常好的性能(néng)。

用(yòng)于4G和LTE的产品设计通常采用(yòng)多(duō)个天線(xiàn)来构建MIMO系统。在这样的设计中，在同时使用(yòng)多(duō)个天線(xiàn)的情况下，通常将天線(xiàn)放置在PCB的不同角上

重要的是不要在天線(xiàn)附近的近场中放置任何组件，因為(wèi)它们可(kě)能(néng)会干扰其性能(néng)。因此，天線(xiàn)规范将规定保留區(qū)域的大小(xiǎo)，该區(qū)域是天線(xiàn)附近和周围必须遠(yuǎn)离金属物(wù)體(tǐ)的區(qū)域。这将适用(yòng)于PCB中的每一层。此外，不得在電(diàn)路板任何层上的该區(qū)域内放置任何组件，甚至不要安装螺钉。

天線(xiàn)辐射到接地平面，并且接地平面与天線(xiàn)工作的频率有(yǒu)关。因此，為(wèi)所选天線(xiàn)的接地平面提供正确的尺寸和空间是当務(wù)之急。

地平面

接地平面的大小(xiǎo)还应考虑用(yòng)于与设备通信的任何電(diàn)線(xiàn)以及為(wèi)设备供電(diàn)的電(diàn)池或電(diàn)源線(xiàn)。如果接地平面尺寸合适，将确保连接到设备的電(diàn)缆和電(diàn)池对天線(xiàn)的影响较小(xiǎo)

某些天線(xiàn)与接地平面有(yǒu)关，这意味着PCB本身成為(wèi)天線(xiàn)的接地部分(fēn)，以平衡天線(xiàn)電(diàn)流，而PCB的下层可(kě)能(néng)会影响天線(xiàn)的性能(néng)。在这种情况下，重要的是不要在天線(xiàn)附近放置電(diàn)池或LCD。

制造商(shāng)的数据表应始终规定天線(xiàn)是否需要接地平面辐射，如果需要，则规定所需接地平面的尺寸。这可(kě)能(néng)意味着间隙區(qū)域应环绕天線(xiàn)。

靠近其他(tā)PCB组件

至关重要的是，使天線(xiàn)遠(yuǎn)离可(kě)能(néng)干扰天線(xiàn)辐射方式的其他(tā)组件。需要警惕的物(wù)品是電(diàn)池；液晶显示器 金属组件，例如USB，HDMI和以太网连接器；以及与开关電(diàn)源有(yǒu)关的嘈杂或高速开关组件。

天線(xiàn)与另一个组件之间的理(lǐ)想距离根据该组件的高度而变化。通常，如果一条線(xiàn)与天線(xiàn)的底部成8度角绘制，则该组件如果位于该線(xiàn)下方，则与天線(xiàn)之间的安全距离。

如果附近有(yǒu)其他(tā)天線(xiàn)以相似的频率工作，则可(kě)能(néng)会导致两个天線(xiàn)失谐，因為(wèi)它们会影响彼此的辐射。我们建议通过在高达1 GHz的频率上至少隔离-10 dB的天線(xiàn)和在20 GHz的情况下至少-20 dB的天線(xiàn)来缓解这种情况。这可(kě)以通过在天線(xiàn)之间留出更大的距离或旋转天線(xiàn)来完成，以使它们彼此之间相隔90度或180度放置。

设计传输線(xiàn)

传输線(xiàn)是射频走線(xiàn)，将射频能(néng)量传送到天線(xiàn)或从天線(xiàn)传出，以将信号传送到无線(xiàn)電(diàn)。传输線(xiàn)的设计需要為(wèi)50，否则可(kě)能(néng)会将信号反射回无線(xiàn)電(diàn)并导致信噪比（SNR）下降，这可(kě)能(néng)使无線(xiàn)電(diàn)接收器失去意义。反射以電(diàn)压驻波比（VSWR）进行测量。好的PCB设计将表现出合适的VSWR测量，可(kě)以在测试天線(xiàn)时进行测量。

我们建议谨慎设计传输線(xiàn)。首先，传输線(xiàn)应该是筆(bǐ)直的，因為(wèi)如果它有(yǒu)拐角或弯曲，则可(kě)能(néng)会造成损耗。通过在走線(xiàn)的两侧均匀放置过孔，可(kě)以将可(kě)能(néng)影响天線(xiàn)性能(néng)的噪声和信号损失降至很(hěn)低，因為(wèi)通过隔离沿附近走線(xiàn)或接地层传播的噪声，有(yǒu)助于提高性能(néng)。

较细的传输線(xiàn)可(kě)能(néng)会造成更大的损耗。RF匹配组件和传输線(xiàn)的宽度应用(yòng)于调整天線(xiàn)，使其在50Ω的特性阻抗下工作。 传输線(xiàn)的尺寸会影响性能(néng)，并且传输線(xiàn)应尽可(kě)能(néng)短以使天線(xiàn)性能(néng)良好。

如何获得更好的性能(néng)？

如果允许正确的接地平面并将天線(xiàn)放置在非常好的位置，则您已经有(yǒu)了一个不错的开始，但是可(kě)以做更多(duō)的事情来提高天線(xiàn)性能(néng)。您可(kě)以使用(yòng)匹配的网络来调谐天線(xiàn)-这将在某种程度上补偿可(kě)能(néng)影响天線(xiàn)性能(néng)的任何因素。

关键的射频组件是天線(xiàn)，其匹配网络及其射频输出。将这些元件放在附近的配置将使信号损失最小(xiǎo)化。同样，如果您的设计包括匹配的网络，则如果天線(xiàn)的走線(xiàn)長(cháng)度与制造商(shāng)的产品规格中指定的走線(xiàn)長(cháng)度匹配，则天線(xiàn)将表现非常好。

PCB周围的外壳也可(kě)能(néng)有(yǒu)所不同。天線(xiàn)信号不能(néng)在金属中传播，因此将天線(xiàn)放置在金属外壳或具有(yǒu)金属特性的外壳中不会成功。

同样，在将天線(xiàn)放置在塑料表面附近时请務(wù)必小(xiǎo)心，因為(wèi)这可(kě)能(néng)会对天線(xiàn)性能(néng)造成很(hěn)大的损害。某些塑料（例如，玻璃纤维填充的尼龙）有(yǒu)损耗，并且会衰减到天線(xiàn)的RF信号。塑料的介電(diàn)常数比空气高，会严重影响信号。这意味着天線(xiàn)将记录更高的介電(diàn)常数，从而增加了天線(xiàn)的電(diàn)气長(cháng)度并降低了天線(xiàn)辐射的频率。 

我们建议使用(yòng)高质量的FR4電(diàn)路板-它们不太可(kě)能(néng)造成RF性能(néng)问题。