无线设计中PCB天线该如何选择

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2021-12-28 18:23:10 0

通信产品中的PCB天线的需求也变得越来越大。

天线是许多无线系统的关键组件，印刷电路板（PCB）天线由于体积小，易于与其他高频电路集成因而在行业中有着广泛的应用。

PCB天线的性能和一致性在很大程度上取决于其基础电路层压板的质量，其尺寸非常大程度上取决于天线的目标频率和波长。

无论是从个人通信系统（PCS），物联网（IoT）应用，再到汽车电子控制和安全系统，这些系统对于无线应用的需求毫无疑问是非常旺盛的。

随着工作频率越来越高，从PCS应用的2.4GHz频段到汽车高级驾驶辅助系统（ADAS）的毫米波（mmWave）频率，到处都需要天线。

这就是PCB天线施展拳脚的地方 - 设计人员经常将它们作为实际解决方案来应对不断增长的无线应用。

高频PCB天线可以像在电路层压板的一侧制造的微带贴片一样简单，只需要在其下方介电层的另一侧添加稍大的接地平面。

这种低轮廓的天线非常适用于安装在具有任何可用平坦表面的系统中。

当然，这种简单微带贴片的天线辐射图将受到限制。

使用微带贴片的PCB天线通常在一个PCB上组合多个贴片，以在给定的工作频率下实现更高的增益。

贴片的大小取决于目标工作频率的波长，通常是波长的一半，以在目标频率下达到最佳谐振天线特性。

当然，RF /微波PCB天线可以由许多不同的传输线组成，例如带状线和共面波导传输线。它们甚至可以在同一PCB天线设计中组合多个不同的传输线。

许多供应商都提供PCB天线作为可以添加到系统设计中的制造组件;

一些制造商还根据计算机辅助工程（CAE）设计文件或定制机械要求提供构建PCB天线的服务。

例如， Advanced Circuitry International（ACI）可以在大型电路板上制造大型天线（用于较低频率）或大型小型天线，例如12×18英寸和18×24英寸，使用单面，双面和多层PCB天线配置（图1）。

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图1.一些制造商提供扩展功能，可根据客户的精确要求，在各种电路材料上制造PCB天线。（由Advanced Circuitry InternaTIonal提供）

ACI可在各种不同的基板材料上制造天线，包括杜邦的高性能柔性电路材料以及来自雅龙、Isola、罗杰斯和Taconics等领先电路材料供应商的RF /微波电路层压板。

PCB天线通常配有粘合剂，以简化在预期应用中的安装。

选择这样的电路材料作为PCB天线的基础对于其性能至关重要，尤其是当PCB天线用于更高的mmWave频率和更恶劣的操作环境（例如，ADAS应用）时。

在某些情况下，PCB天线作为“组件”提供，配有连接的同轴电缆和连接器，以便快速方便地与内部电路板互连。

其中一家PCB天线供应商 TE ConnecTIvity开发了一系列广泛的PCB天线，其电缆和连接器可适用于个人通信系统应用的各种频段。

具体来说，TE ConnecTIvity公司的2118060-1型PCB天线组件（图2）。

它可以为蓝牙，Wi-Fi和无线局域网（WLAN）提供大约2.4到2.5 GHz的工作频率。

电缆长度为13.78英寸（350毫米），可选择不同类型的连接器，如MCIS和MHF连接器; PCB天线包括用于安装在平坦表面上的粘合剂。

图2.该PCB天线被认为是一种组件，具有互连电缆和连接器以及粘合剂，便于集成和安装在不同的应用中。天线组件（型号2118060-1）设计用于2.4至2.5 GHz。（由TE ConnecTIvity提供）

同样，Taoglas Antenna Solutions的FXP07.07.0100A是一种薄型柔性PCB天线，具有较短电缆长度和IPEX连接器以及胶带，便于在平坦表面上粘贴安装（图3）。

符合 “五频”频率天线设计的RoHS标准，频段包括824至896 MHz的AMPS，880至960 MHz的GSM，1710至1880 MHz的DCS，1850至1990 MHz的PCS，以及1710至2170 MHz的UMTS。

紧凑型50Ω天线尺寸为41×24 mm，具有线性极化和全向辐射模式。

图3.这种薄型PCB天线组件可支持多种频率，覆盖范围为824至2170 MHz。（由Taoglas Antenna Solutions提供）

PCB天线设计的一个增长趋势是多频带覆盖，以适应具有宽带频率范围或多种应用的系统。

例如，Pulse Electronics的CW3315B0100系列柔性PCB天线采用双频Wi-Fi天线，设计用于覆盖2.4至2.5 GHz和4.90至5.85 GHz的WLAN频段（图4）。

图4.这种微型柔性PCB天线组件设计用于覆盖2.4至2.5 GHz和4.90至5.85 GHz的WLAN频段。（由Pulse Electronics提供）

这也是PCB天线组件，带有100毫米电缆和标准IPEX连接器，便于连接到应用。

微型天线组件提供高于50％的天线效率，专为Wi-Fi产品的内部安装而设计。

CW3315B0100的双频段/宽带覆盖范围是工业应用和物联网设备以及公共安全设备实际应用的代表案例。

虽然使用粘合剂安装这种微型PCB天线非常容易，但是有时可能导致没有任何类型的接地平面，这会降低天线效率。

虽然PCB天线层压板的下侧通常是接地层，但是更高效率所需的较大接地层可能会增加PCB天线的物理尺寸，这在天线安装在应用中时必须考虑。

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