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天线设计指南  2  简介  2  天线原理  3  天线类型  5  天线的选择  7  天线馈电的考量  13  芯片天线  21  各种天线的比较  25  环境对天线性能的影响  25  塑料外壳的影响  27  调试 PCB 空板  32  使用塑料和人体接触来调整调试  38  天线设计指南 本文章使用简单的术语介绍了天线的设计情况，并推荐了两款经过赛普拉斯测试 的低成本 PCB 天线。这些 PCB 天线能够与赛普拉斯 PRoC™和 PSoC®系列中 的低功耗蓝牙(BLE)解决方案配合使用。为了使性能最佳，PRoC BLE 和 PSoC4 BLE2.4GHz 射频必须与其天线正确匹配。本应用笔记中最后部分介绍 了如何在最终产品中调试天线。 简介 天线是无线系统中的关键组件，它负责发送和接收来自空中的电磁辐射。为 低成本、消费广的应用设计天线，并将其集成到手提产品中是大多数原装设备制 造商(OEM)正在面对的挑战。终端客户从某个 RF 产品(如电量有限的硬币型电 池)获得的无线射程主要取决于天线的设计、塑料外壳以及良好的 PCB 布局。 对于芯片和电源相同但布局和天线设计实践不同的系统，它们的 RF(射频) 范围变化超过 50%也是正常的。本应用笔记介绍了最佳实践、布局指南以及天 线调试程序，并给出了使用给定电量所获取的最宽波段。 图 1.典型的近距离无线系统 设计优良的天线可以扩大无线产品的工作范围。从无线模块发送的能量越大， 在已给的数据包错误率(PER)以及接收器灵敏度固定的条件下，传输的距离也越 大。另外，天线还有其他不太明显的优点，例如：在某个给定的范围内，设计优 良的天线能够发射更多的能量，从而可以提高错误容限化(由干扰或噪声引起的)。 同样，接收端良好的调试天线和 Balun(平衡器)可以在极小的辐射条件下工作。 最佳天线可以降低 PER，并提高通信质量。PER 越低，发生重新传输的次 数也越少，从而可以节省电池电量。 天线原理 天线一般指的是裸露在空间内的导体。该导体的长度与信号波长成特定比例 或整数倍时，它可作为天线使用。因为提供给天线的电能被发射到空间内，所以 该条件被称为“谐振”。 图 2. 偶极天线基础 如图 2 所示，导体的波长为 λ/2 ，其中 λ为电信号的波长。信号发生器通 过一根传输线(也称为天线馈电)在天线的中心点为其供电。按照这个长度，将在 整个导线上形成电压和电流驻波，如图 2 所示。 输入到天线的电能被转换为电磁辐射，并以相应的频率辐射到空中。该天线 由天线馈电供电，馈电的特性阻抗为 50Ω，并且辐射到特性阻抗为 377Ω的空 间中。 因此，对于天线的几何形状，有两个非常重要的事项需要注意： 1.天线长度 2.天线馈电 长度为 λ/2 的天线(如图 2 所示)被称为偶极天线。但在印刷电路板中，大 多作为天线使用的导体长度仅为 λ/4 ，但仍具有相同的性能。请参见图 3。 通过在导体下方一定距离的位置上放置接地层，可以创建与导体长度相同的 镜像(λ/4) 。被组合在一起时，这些引脚作为偶极天线使用。这种天线被称为四 分之一波长(λ/4)天线。PCB 上几乎所有的天线都按铜制接地层上四分之一波长 的尺寸实现。请注意，该信号现在是单端馈电，同时接地层作为返回路径使用。 图 3. 四分之一波长天线 对于大多数 PCB 中使用的四分之一波长天线，需要特别注意： 1. 天线长度 2. 天线馈电 3. 接地层和回流路径的形状和尺寸 天线类型 如前部分所述，在自由空间中裸露的波长为 λ/4 的所有导体被放在一个接 地层上，并为其提供合适的电压，那么该导体可以作为一个天线使用。根据不同 的波长，天线可能与汽车的 FM 天线一样长，也可能与信号浮标上的走线一样短。 对于 2.4GHz 的应用，大部分 PCB 天线都属于下面的类型： 1.导线天线：这是在 PCB上延长到自由空间中的一段导线，它的长度为λ/4 ， 并被放置在接地层上。这种天线是由 50Ω阻抗的传输线供电的。通常，该导线 天线提供的性能和辐射范围最好。该导线可以是直线、螺旋或是回路的。它是一 个三维(3D)的结构，其中天线高出 PCB4-5mm，并伸出到空间内。