天线效果不好?快来看看是不是这几个地方出了问题!

万物互联的5G时代将以新一代通信技术撬动世界的发展,各类无线通信模块成为了万物互联的基石,而模块的通信质量很大程度上取决于天线设计是否合理,为了节省研发周期,不少天线厂商都推出各种各样的标准天线品。然而如果工程师选择不当,不仅起不到应有的效果,反而会浪费很多时间与成本在排查调试上,得不偿失。本文将介绍常用的几种天线并结合在工程中的实际使用经验给出设计建议----如何选择合适的天线并发挥出天线最佳的性能,以供大家参考


常用的天线种类及特点


1、外置类天线:主要包括(胶棒、吸盘、拉杆、玻璃钢等),性能好,无需调试,方便更换,增益高,适用于各种终端设备;缺点是容易被破坏、安装占用空间等。

2、板载天线:天线直接layout在模块主板上,成本低,可调性好,主要用于BT、Wi-Fi无线通信模块;缺点是性能有限。

3、贴片天线:采用高介电常数基材(如陶瓷),占用面积少,集成度高,容易更换,适用于小空间的产品,缺点是该类型天线价格稍贵且带宽窄。

4、FPC&PCB天线:通过馈线连接,安装自由,增益高,通常可以使用背胶贴在机器非金属外壳上,适用于性能要求高且外壳空间充足的产品上;缺点是一般需要定制。

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图1 常见天线


工程设计建议


天线的作用是将射频信号辐射到自由空间,选择天线是否合适对于传输距离有很大的影响。天线对周围环境很敏感,很多情况下会出现即使选择了合适的天线,也达不到预期的效果。由于有些客户对天线设计需要考虑的因素不清楚,这里我们给出在实际工程设计中的一些经验,便于客户更好地设计出自己的电路与PCB,增加项目的成功机会。


1、 预留匹配电路

在原理图设计时,需要在天线与模块射频输出管脚预留一个π型网络。天线的阻抗受PCB的铺地、天线的安装以及周围的金属等因素影响,预留这个网络是为了在天线严重偏离50欧姆阻抗时,将其匹配至50欧姆。

X1,X2,X3都是电抗元件,如果天线是标准的50欧姆阻抗,那么X2,X3可以不焊接,X1接220PF电容或者0欧姆电阻。在PCB设计时,这三个器件已经尽量靠近模块的射频输出脚,并且连接的传输线短且直。匹配元件的周围1.5mm区域内不要铺地,以减少寄生参数对匹配电路的影响。

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图2 匹配电路


2、 金属对天线的影响

当天线附近有金属材料的物体时,金属能反射电磁波,不但会影响天线的实际使用空间、增加天线的损耗电阻、降低辐射效率,而且会导致天线辐射性能的恶化。在安装天线时,建议如下:

a:天线距离电池 ≥ 5mm;
b:天线距离屏蔽壳 ≥ 4mm;
c:在需要安装外壳的场合,不要在外壳表面使用具有金属成分的喷漆或者镀层。