2.4G天線在PCB板上的設計

轉載來源:[ xpxys99]《2.4G天線在PCB板上的設計》

主要討論的是2.4G PCB天線,如果不考慮成本及體積,可以選用其它天線,如貼片天線(小尺寸、中性能、中成本)或外置的鞭狀天線(大尺寸、高性能、高成本),而 PCB 天線是最低成本、中等尺寸,只要設計得當又能獲得足夠性能的天線。

包括三種天線:

超小型 PIFA 天線:用於 Nano Dongle 的 PCB 天線,由於 PCB 空間受限,最大增益會比其它幾種天線小 6dB 左右,即工作距離會短一半。由此天線及 MCU 做成的完整板子大小爲 11mm*18mm 左右。

正常 PIFA 天線:用於 Normal Module 的 PCB 天線,所佔 PCB 空間最大,最大增益可以達到 1.5dB,如 PCB 面積足夠,建議用此天線。由此天線做成的 RF Module 板子大小爲 15mm*18mm 左右。

正常 Wiggle 天線:用於 Normal Module 的 PCB 天線,所佔 PCB 空間比第二種稍小,增益也稍差 1dB,可以用於對體積稍有要求的無線終端,如對於空間比較緊湊的無線鼠標等設備。由此天線做成的 RF Module 板子大小爲 13mm*18mm 左右。

1、小尺寸 Nano Dongle 用PIFA天線設計

天線具體尺寸如下圖(板材爲兩層 FR4,板厚 0.6mm):

其中天線線寬 A:0.15mm;B:0.25mm;C:0.4mm

                             2.4G天線在PCB板上的設計

                                                                            Nano Dongle PIFA 天線

天線性能 S11 如下,工作頻段覆蓋整個 2.4G ISM 頻段:

                           2.4G天線在PCB板上的設計

                                                                      Nano Dongle PIFA 天線 S11

2D和3D增益如下,該天線最大增益只有-5dB 左右:

                              2.4G天線在PCB板上的設計

                                         2.4G天線在PCB板上的設計

                                                                         Nano Dongle PIFA 天線增益

2. 更大尺寸 Normal Module用PIFA 天線設計

該天線結構就是 Normal Module 完整 Layout 中的 PIFA 天線。

天線具體尺寸如下圖(板材爲兩層 FR4,板厚 1.0mm),如果板子厚度和板子大小與此不一致(板厚和地面積大小影響性能),則 Layout 時需加長天線末端尺寸,如增加最後端 4.8m的長度,供調試天線用。

由此天線做成的 RF Module 板子大小爲 15mm*18mm 左右。

                            2.4G天線在PCB板上的設計

                                                                       Normal Module PIFA 天線

天線性能S11 如下,工作頻段覆蓋整個2.4G ISM頻段,可以看到天線工作帶寬比Nano更大:

                          

2D和 3D增益如下,該天線最大增益比Nano 大 6dB 左右,達到1.5dB 左右:

                            2.4G天線在PCB板上的設計

                                        2.4G天線在PCB板上的設計

3. 更大尺寸 Normal Module 用 Wiggle 天線設計

Wiggle天線比大PIFA 天線佔用空間更小,應用更靈活,而性能亦差不多,廣泛應用於無線鍵鼠產品當中。

天線具體尺寸如下圖(板材爲兩層 FR4,板厚 1.0mm),如果板子厚度和板子大小與此不一致(板厚和地面積大小影響性能),則 Layout 時需加長天線末端尺寸,如增加最後端 2.7mm 的長度,供調試天線用。

由此天線做成的 RF Module 板子大小爲 13mm*18mm 左右。

                             2.4G天線在PCB板上的設計

天線性能 S11 如下,工作頻段覆蓋整個 2.4G ISM 頻段:

                             2.4G天線在PCB板上的設計

2D 和 3D 增益如下,該天線最大增益比 Normal PIFA 稍小 1dB 左右:

                             2.4G天線在PCB板上的設計

                                                                      Normal Module Wiggle 天線增益

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