蛇形板載天線是無線通訊模塊應用最廣泛的一種天線類型,應用在藍牙、WiFi、ZigBee等對性能要求不高、但對空間要求比較高的領域。今天就讓億佰特小編給我們普及一下蛇形板載天線的相關常識
作為天線工程師,每次給前端電路工程師調試規劃天線的時分都會好奇的問到:
● 為啥這個天線要搞成這個形狀?
● 這些折彎間有什么講究,比方折彎次數、折彎的間距。。。
● 為什么要選擇性的layout在PCB板的某些區域?
其實我們在做板載蛇形天線規劃并沒有這些說法,捉住其基本原理,然后能夠根據板載所給凈空區、結合天線周圍環境如金屬、大電容、電感、屏蔽罩等實際狀況,天馬行空的“作畫”滿意規劃要求即可。
一、原理
1、蛇形天線的電流分布如下圖所示:
圖1 蛇形天線電流方向剖析
從圖中能夠看出、蛇形走線的相鄰兩個折彎上電流巨細持平、方向相反;從電磁場發生的原理,假如蛇形走線相鄰兩個折彎無限接近時,電磁輻射完全抵消,不對外輻射能量,增益很差。故在規劃走線的時分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,以獻身天線的增益來換取產品的漂亮。
2、當前常見的蛇形天線主要有以下幾種,如圖:
圖①、②為一般的單極蛇形天線。圖③為帶寄生的蛇形走線,寄生單元能夠增加帶寬。圖④為單極蛇形的變形-倒F天
二、實例規劃演示
現在我們以B類結構為例,來簡單的規劃一個2.45GHz的B類天線結構模型,天線每一段的彎折狀況及個段的結構如下:
圖3 天線初始尺度設置
HFSS模型樹立要注意,因為本文所規劃的為單極子天線,因而規劃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,完成f射,模型如下:
圖4 HFSS模型
回波損耗S11仿真:
圖5 S11仿真成果
從仿真圖中能夠看出,S11的仿真結構是比較好的,完全能夠達到2.45GHz的作業頻段和帶寬要求。
或許有的朋友會有疑問,因為有些朋友是天線的初學者或許經驗不足,或許設置初始尺度時經驗不足,然后導致初始尺度的仿真結構較差,比方作業頻點與預期的偏差較大,S11太大等等,這些狀況都是存在的。現在我們就來剖析下出現這類狀況的時分我們應該怎么來解決:
1、作業頻點調整
天線的諧振頻段是由天線的有用電流途徑長度決議的,因而要調整作業頻段,就要考慮從天線的物理長度入手。
通常,我們規劃中需要在蛇形天線的結尾預留一段用變量表示的枝節,如下圖所示最右端所標明長度為L的枝節,做優化時,只需要簡單的改變此段長度即可,例如,我現在在剛剛樹立的模型上做一個示例,令L別離等于1.5mm,2mm,2.5mm和3mm時,來求解其對應的作業頻段,求解成果如下:
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發生非常顯著的變化,跟著L減小,天線的諧振頻率隨之下降。
2、 S11改善
S11的決議因素是天線的輸入阻抗,通常,單極子天線默許的輸入阻抗為50歐姆,當所規劃的天線輸入阻抗無限接近50歐姆時,則S11將迫臨無限小,反之,當輸入阻抗違背50歐姆時,則S11將變差,換句話說,輸入阻抗違背50歐姆越大,則S11越差。對于本文中所規劃的天線結構,如下圖所示的L2短路枝節,能夠經過調整L2的長度來改變天線在2.45GHz頻段上的輸入阻抗巨細,進而調整S11參數。我現在在模型上做一個示例,令L2別離等于4mm,4.5mm,5mm,5.5mm和6mm,來看其對應的S11的值,仿真成果如下:
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堅持不變,但是S11卻有非常顯著的變化,跟著L2長度增加,S11逐步變好。
因而實際規劃中,能夠經過調整短路枝節來改善S11參數。
蛇形天線的結構多種多樣,各位朋友一定要翻開思路,測驗不同的彎折方法,將會收獲意想不到的成果。