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108x系列芯片天线设计参考¶

1 PCB天线概述¶

2.4G的印制板天线主要有两种结构，PIFA天线和单极天线。PIFA天线的天线馈电点和地点是接到一起的，天线和地之间形成一个电容效应，就是信号通过天线（等效为电感）升压到等效电容上，通过电容再把能量辐射出去。单极天线是采用1/4波长原理，其中一个馈点是螺旋或者单杆，另外一极是地。两种天线的场结构简单，可以简单等效为一个LC谐振回路，其中C特别小，一个一个的谐振回路耦合上去，最后电磁场释放到外部。

PIFA天线的电容相对于单极天线来说大很多，也就是说能量在谐振腔中更多，外界不容易干扰，也很难改变PIFA天线的阻抗，所以稳定性比单极天线强；但也因为它的电容太大，导致外界的相同的能量进入，在PIFA天线上产生的电压变化，远远不如单极天线大，所以效率和灵敏度会略低于单极天线。

实际应用中，考虑到成本和批量生产稳定性等因素，PCB天线因其成本低、设计得当能获得足够性能，成为很多无线应用的首选。本文推荐了多款PCB天线，分别可以应用到玩具，标签和鼠标，这些天线都有对应的仿真和验证结果。如果需要参考对应天线，请按照本文给出的天线形状进行设计。

1.1 一种典型的PCB蛇形倒F天线¶

这是一种典型的蛇形倒F天线，广泛的应用于各种无线玩具，天线的仿真增益为1.59dB，该天线尺寸如图 1‑1所示，PCB的厚度为1.0mm，应用中注意点是天线离地的高度要大于1mm以上，不然会影响天线的增益。

关于天线长度的考量，根据 PCB 的不同厚度，需要调整天线的长度，这样才能调整天线辐射的阻抗和频率选择。根据不同的叠层和板厚度，天线长度调整参考图 1‑1。

请注意，天线调试的时候，必须是从长开始往短调，即一开始设计的时候，天线长度甚至需要预留一些长度的，因为天线在调试的时候，人为增加天线长度的难度远大于将天线割短，且手动补充的天线增加的部分，由于宽度以及阻抗很难控制，相对更容易带来计量误差。

应将图 1‑1作为指导，以检查、调试不同板厚对应的天线，最终调出合适的天线长度，而不应照搬图中的数据作为天线的确定长度，面对不同的PCB版型，对应的天线尺寸是可能需要略作调整的。

图 1‑1 典型的蛇形倒F天线设计尺寸参考¶

天线的S11测试数据如图 1‑2所示，覆盖整个2.4G频段。

图 1‑2 天线的S11测试数据¶

仿真的天线增益和3D方向图（X轴正向为天线阵子的指向）

图 1‑3 天线增益和3D方向图¶

天线的暗室效率测试结果如下

表 1‑1 天线效率表¶

1.2 一种缩小版的PCB 蛇形倒F天线¶

这是减小天线尺寸的一款蛇形倒F天线，占用较小的PCB空间。在设计天线的位置时，尽量将天线放在PCB板的边沿且无遮挡的地方。天线下方需要净空区，远离电池等金属元件，目前广泛应用于标签类的应用。

参考尺寸如图 1‑4所示，PCB的厚度为1mm。

图 1‑4 缩小版的蛇形倒F天线设计尺寸参考¶

天线的S11测试数据如图 1‑5所示，覆盖整个2.4G频段。

图 1‑5 蛇形倒F天线S11¶

天线的增益仿真数据如图 1‑6所示，最大增益为0.9dB。

图 1‑6 仿真的天线增益和3D方向图（X轴正向为天线阵子的指向）¶

1.3 一种PCB单级子天线¶

这种天线的仿真增益达到了3.7dB，但面积较大，适合于无线鼠标板的应用，走线灵活，在有足够的PCB空间的情况下可以使用。在设计天线位置时，天线放置在无线鼠标板的前部或者左前部，减少右手握住鼠标的情况下手对辐射功率的吸收和衰减，该天线也可以应用到遥控器上；并且根据产品外型可以稍微更改天线的走线形状。参考尺寸如图1-7所示，PCB的厚度为1.6mm。