天線簡述
天線一般指裸露在空間內的導體，用於發送和接收來自空中的電磁輻射，其長度與信號波長成特定比例或整數倍。
上圖所示，天線長度爲信號波長的二分之一（這通常稱之爲偶極天線），由天線饋電供電，饋電的特徵阻抗通常爲50ohm，並通過天線輻射到特徵阻抗爲377ohm的空中。
在印刷電路板中，大多作爲天線使用的導體長度僅爲信號波長的1/4，通過在導體下方一定距離的位置上放置接地層，可以創建與導體長度相同的鏡像（λ/4），組合在一起，同樣可以被用作偶極天線來使用。注意此時，信號爲單端饋電，同時接地層作爲返回路徑使用。
設計良好的天線系統可以在已給定數據包錯誤率（PER）的基礎上儘可能的擴大傳輸距離。對於大多數的PCB天線，需要特別注意以下幾點：
- 天線長度
- 天線饋電
- 接地層和迴流路徑的形狀和尺寸
天線參數
天線參數主要包含：回波損耗、帶寬、輻射效率、輻射圖形、增益。
回波損耗
表徵天線與傳輸線的匹配程度。通常傳輸線阻抗爲50ohm（在PCB制板時，我們已經要求板廠對這段走線做50ohm阻抗管控）。理想的天線也應該是50ohm，但受限於實際應用的板子尺寸、環境，天線的阻抗並不是嚴格意義上的50ohm。
我們知道信號在傳輸過程中，遇到非連續的阻抗便會發生反射。一個非理想的天線自然也會產生反射，回波損耗或S11參數便是表徵反射程度大小。如果該回波損耗是無限的，則認爲天線與傳輸線完全匹配。大多數情況下，回波損耗 ≥ 10 dB (即 S11 ≤ –10 dB)，就認爲天線與傳輸線已經處於很好的匹配狀態。
帶寬
即天線的頻率響應：在整個頻帶上，尤其是常用的2.4GHz~2.48GHz範圍內，天線與傳輸線的匹配程度：
通常更寬的帶寬是首選，因爲它可以最大限度地減少產品在實際使用中天線周圍環境變化引起的失諧效應(例如放置在木材/金屬/塑料桌上的鼠標，鼠標周圍的手等)。
輻射效率
天線輻射到空中的能量與天線接收到的能量之比。是爲非反射部分中被天線消耗產生爲熱量的部分，而產生熱量是由於 FR4 基板中的介電損耗以及銅線中的導體損耗造成的。輻射效率爲 100%時，全部非反射的功耗都被髮射到空間內。
輻射圖形
表示天線輻射方向性，以及在哪個方向上的輻射更大，哪個方向上的輻射更小。無方向性天線可以按與軸線相垂直的平面上所有方向進行等效發射，但大多數天線達不到這個性能，故而獲得的輪廓並不是圓形：
增益
單位爲dBi，表示在與一個理想的無方向性天線進行對比時輻射的場強。理想的無方向性天線功率均勻的分佈在半徑爲R的球體表面，功率密度爲：
Power density = P / A = P / (4πR^2)
天線增益爲G，則對應的功率密度爲：
Power density = G·P / (4πR^2)
天線分類
基於我們實際應用的場景，天線主要分爲三類：
- PCB天線
- 芯片天線
- 導線天線
PCB天線
PCB上的一塊銅皮或走線，常見的有蛇形倒F天線（MIFA）、倒F天線（IFA）：
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蛇形倒F天線（MIFA）：
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倒F天線（IFA）：
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芯片天線
該天線被封裝在小型的IC中，在PCB空間極小的應用中特別有效。比如約翰森的：2450AT18B100E、2450AT42B100E：
在使用芯片天線時，需要尤其注意以下幾點：
1.天線周圍的離地間隙
2.天線最佳輻射的位置
3.天線饋線的注意事項
4.天線帶寬擴展的匹配網絡
強烈推薦用戶參考廠商推薦的Layout佈局規則。
導線天線
導線天線是四分之一波長導體的經典天線。它們固定在 PCB 上，但是從 PCB 平面升起並突出到接地層上的空間。它們作爲 3D 天線暴露在空氣中，因此它們具有出色的射頻性能。它們具有最佳輻射範圍，並且具有最全面的等向性的輻射模式。
上述天線的性能對比
下圖是對上面所提及的天線性能進行的簡單對比，有助於用戶快速的選擇合適的天線：
接地及外殼對天線性能的影響
通常消費類產品中所使用的天線對 PCB 射頻接地層的大小和產品的塑料外殼非常敏感。可將天線模擬爲一個 LC 諧振 器，當 L (電感) 或 C (電容) 增加時，該 LC 諧振器的諧振頻率會下降。更大的射頻接地層和塑料外殼會增大有效電容， 從而降低諧振頻率。
接地對天線的影響：
如上所述，單極 PCB 天線需要接地層才能正常工作。將MIFA天線放置在接地層大小不同的 PCB 上，PCB 的尺寸範圍爲 20 mm × 20 mm 至 50 mm × 50 mm：
根據測試結果，可得結論如下：射頻接地層的面積越大，那麼諧振頻率越低，並且接地層也越好，回波損耗也越小。
外殼對天線的影響：
將MIFA 放置在無線鼠標的塑料外殼內，然後測量輻射模式和回波損耗：
根據測試結果，可得結論如下：將天線放置在靠近塑料外殼的地方時，諧振頻率會降低；諧振頻率的變化範圍爲 100 MHz 至 200 MHz。必須重新調試天線才能獲得所需頻帶。
天線佈局的建議
關於天線佈局的一些通用建議：
1.始終將天線放置在 PCB 的一個角落，與電路的其餘部分保持足夠的間隙。
2.始終遵循天線設計者/製造商推薦的天線接地方式。常用的 PCB 天線是單極天線的變體。單極天線需要直接接地才能正常工作。
3.切勿在所有層的天線禁區內放置任何組件、平面、安裝螺絲或跡線。實際的禁用區域取決於使用的天線。
4.不要將天線靠近工業設計中的塑料。塑料具有比空氣更高的介電常數。塑料與天線的接近度導致天線看到更高的有效介電常數。這增加了天線跡線的電長度並降低了諧振頻率。
5.電池電纜或麥克風線纜不得穿過天線跡線。
6.天線不能完全被金屬外殼覆蓋。如果產品具有金屬外殼或屏蔽層，則外殼不得覆蓋天線。天線近場不允許有金屬。
7.天線的方向應與最終產品方向一致，以便輻射在所需方向上達到最大。
8.天線下方不得有任何接地。
9.從天線到接地層要有足夠的空間 (間隙)，該接地層的寬度應該最小。
10.計劃爲天線匹配網絡提供配置，因爲天線接近的許多參數 (塑料，接地變化，基底差異和其他組件) 可能會改變其阻抗，因此天線可能需要重新調諧。如果天線的阻抗未知，則最好爲三個組件的 PI 或 T 網絡提供配置，其中串聯元件中填充 0 歐姆，分流元件不加載。這有助於您稍後填充匹配網絡所需的任何拓撲。
11.使用天線製造商提供的匹配網絡值時，請確保使用從天線到匹配網絡的走線長度，這在製造商數據手冊或參考設計中指定。
12.始終使用最終的塑料外殼和典型的使用案例場景中的產品驗證天線匹配網絡，例如，驗證一隻鼠標的塑料放在手上，放在鼠標墊、塑料、木材、金屬或地板上。