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天線是各種智能設(shè)備都需要的重要部件，所有需要用到無線的設(shè)備都需要用到它?，F(xiàn)在是無線時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)路由器都是無線WIFI，電腦，手機(jī)連網(wǎng)絡(luò)再也不用網(wǎng)線連接了，還有藍(lán)牙耳機(jī)，藍(lán)牙鼠標(biāo)，藍(lán)牙鍵盤等等不再有電線了，這個(gè)天線的性能就至關(guān)重要了。
一般天線的選擇有一些因素，除了考慮性能還要考慮成本，所以在選擇天線的時(shí)候，需要綜合考慮。今天上尉Shonway就給大家講講各種天線的設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
天線一般有以下幾種，
第一種 PCB板載天線
這種天線成本低，但性能會(huì)稍微差一點(diǎn)。PCB板載天線也有幾種形式。
a,平面倒F型天線，英文縮寫即PIFA，
如下圖所示就是倒F的PCB板載天線
圖1
圖2
下面這個(gè)是上面平面倒F的PCB板載天線的變種，由于空間不夠，扭曲一下。
此倒F天線PCB設(shè)計(jì)都有哪些需要注意的問題？我們首先要知道這個(gè)射頻知識(shí)，Shonway以前出過一篇文章，對(duì)于射頻，任何銅箔，導(dǎo)線都不能看成是簡(jiǎn)單的導(dǎo)線，他是由很多阻容電路組成的一種等效電路，你看到短路的，對(duì)于射頻就不是短路。以這個(gè)思路我們看看這個(gè)倒F天線的PCB設(shè)計(jì)。如下圖所示
圖3
這里有六點(diǎn)要注意
1，這個(gè)倒F天線，不是隨便畫的，網(wǎng)上有專門的這種天線的庫，拿過來，按要求放上去就好。如果空間不夠，那就是自己通過仿真自己制作了自己專用的天線了。原創(chuàng)今日頭條：臥龍會(huì)IT技術(shù)
2，RF饋點(diǎn)這里引出來的線阻抗必須做到50ohm
3, 接地饋點(diǎn)必須接地牢靠
4，地平面必須要多打地過孔，如上圖所示，這個(gè)過孔間距多少合適的話，我們以前一篇臥龍會(huì)布布熊老師寫過一篇文章，大家找一下可以看看
5， 天線這里所有層銅箔必須凈空。
6，天線必須放在PCB板的角落里，最好三面都是空的，如圖2所示，上面三面都是空的
手機(jī)上的天線叫平面倒F天線，原理上是用一個(gè)平面接上一個(gè)接地平面饋點(diǎn)，與RF饋點(diǎn)組成，如下圖4所示
圖4
上面圖4從左下方RF饋點(diǎn)這個(gè)箭頭看過去，就是一個(gè)倒F。同樣是倒F結(jié)構(gòu)，但手機(jī)中的天線采用的是平面結(jié)構(gòu)，這個(gè)倒F天線就比PCB板載天線性能就會(huì)好很多，這樣空間又比較少，成本又低，對(duì)于手機(jī)天線是最好的選擇。
實(shí)際的天線如下圖5所示
圖5
實(shí)際上這個(gè)平面對(duì)于不同手機(jī)有很多種形狀，原理就是平面倒F結(jié)構(gòu)，在這個(gè)平面上一個(gè)是接RF，一個(gè)是接地饋點(diǎn)就組成了平面倒F天線。
圖6
上圖就是不同手機(jī)天線。他們的原理都是平面倒F天線，是不是長(zhǎng)知識(shí)了，記得點(diǎn)贊。
b，倒L形PCB板載天線
如下圖7所示，圖8就是倒L形天線的變種，也是因空間不夠，扭曲一下，以匹配頻率
圖7
圖8
此倒L形的需要注意的問題跟前面的差不多不再說明，倒L型天線沒有倒F型天線效果好一點(diǎn)，因?yàn)榈笷天線有一個(gè)接地饋點(diǎn)，能有效調(diào)節(jié)頻點(diǎn)。
市面上有不少PCB板載天線，主要是上面兩種，還有一些如下面的圖所示
圖9
圖10
圖11
有些是廠家自己通過仿真制作出來的。
第二種 貼片陶瓷天線
這種天線做成了貼片元件，如下圖所示
圖12
這種天線一端是接RF，一端是接地。陶瓷天線原理，就是通過一根叫做“天線”的電極將天線與地之間形成的高頻電場(chǎng)變成電磁波，從而能發(fā)射出去并傳波到遠(yuǎn)方。
PCB最好的布局布線方式就是以下方式
圖13
把陶瓷貼片天線放板邊，一邊接地，一邊連RF信號(hào)，下面所有層銅箔都掏空（白色框所示區(qū)域）這樣四個(gè)方向，至少2個(gè)方向都是空的，對(duì)天線的效果很好，不要忘記接地銅箔都要打上接地過孔，打多一點(diǎn)。
第三種 棒狀天線
此種天線如下圖14所示，這種天線效果最好，它是置身于空間，輻射效果最好，但成本也是貴一點(diǎn)，占用的空間也大，這只能是露在機(jī)殼外面。
圖14
這種天線在PCB設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問題
1，如果RF引線短，RF信號(hào)線下面所有層都要凈空，如圖15所示，如果引出線比較長(zhǎng)，那還要控制一下這根引出線的阻抗，多層板的話，需要把他下面的第二層凈空，其它層鋪完整銅，然后隔層參考地做阻抗，（為什么要隔層參考，大家評(píng)論區(qū)發(fā)表一下意見）阻抗控制在50ohm.如圖16所示。原創(chuàng)今日頭條：臥龍會(huì)IT技術(shù)
2，附近的接地銅箔必須接地牢靠，也就是要多打地孔。
圖15
圖16
藍(lán)牙天線設(shè)計(jì)之倒F型天線：
倒F型天線的天線體可以為線狀或者片狀，當(dāng)使用介電常數(shù)較高的絕緣材料時(shí)還可以縮小藍(lán)牙天線尺寸。作為板載天線的一種，倒F型天線設(shè)計(jì)成本低但增加了一定體積，在實(shí)際應(yīng)用中是最常見的一種。天線一般放置在PCB頂層，鋪地一般放在頂層并位于天線附近，但天線周圍務(wù)必不能放置地，周圍應(yīng)是凈空區(qū)。如下圖：
圖1：倒F型天線設(shè)計(jì)示意圖
藍(lán)牙天線設(shè)計(jì)之曲流型天線設(shè)計(jì)：
曲流型天線的長(zhǎng)度比較難確定。長(zhǎng)度一般比四分之一波長(zhǎng)稍長(zhǎng)，其長(zhǎng)度由其幾何拓?fù)淇臻g及敷地區(qū)決定。曲流型天線一般是PCB封裝，即板載天線。和倒F型一樣，天線一般放置在PCB頂層，鋪地一般放在頂層并位于天線附近，但天線周圍務(wù)必不能放置地，周圍應(yīng)是凈空區(qū)。如圖2，圖3：
圖2：曲流型天線設(shè)計(jì)示意圖1
圖3：曲流型天線設(shè)計(jì)示意圖2
注：天線長(zhǎng)度計(jì)算公式：
天線的長(zhǎng)度（米）=（300/f）*0.25*0.96
其中f表示頻率（MHz），0.96為波長(zhǎng)縮短率
藍(lán)牙天線長(zhǎng)度約為 300/2.4G*0.25*0.96 大約為31mm
藍(lán)牙天線設(shè)計(jì)之陶瓷天線設(shè)計(jì)：
陶瓷天線是另外一種適合于藍(lán)牙裝置使用的小型化天線。陶瓷天線的種類分為塊狀陶瓷天線和多層陶瓷天線。由于陶瓷本身介電常數(shù)較PCB電路板高，所以使用陶瓷天線能有效縮小天線尺寸，在介電損耗方面，陶瓷介質(zhì)也比PCB電路板的介電損失小，所以非常適合低耗電率的的藍(lán)牙模塊中使用。在 PCB設(shè)計(jì)時(shí)，天線周圍要凈空就可以了，特別注意不能敷銅。如下圖：
圖4：陶瓷天線設(shè)計(jì)示意圖
藍(lán)牙天線設(shè)計(jì)之2.4G棒狀天線設(shè)計(jì)：
2.4G棒狀藍(lán)牙天線體積大，但傳輸距離要強(qiáng)于其他天線。在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，天線周圍也和上述的三種天線設(shè)計(jì)一樣要凈空。如下圖：
圖5：2.4G棒狀天線設(shè)計(jì)示意圖
關(guān)于藍(lán)牙天線設(shè)計(jì)的其它相關(guān)注意點(diǎn)：
1）天線的信號(hào)（頻率大于400MHz以上）容易受到衰減，因此天線與附近的地的距離至少要大于三倍的線寬。
2）對(duì)于微帶線與帶狀線來說，特征阻抗與板層的厚度、線寬、過孔以及板材的介電常數(shù)相關(guān)。
3）過孔會(huì)產(chǎn)生寄生電感，高頻信號(hào)對(duì)此會(huì)產(chǎn)生非常大的衰減，所以走射頻線的時(shí)候盡量不要有過孔。
當(dāng)你每天在用智能手機(jī)打電話、發(fā)短信、玩兒網(wǎng)絡(luò)游戲、轉(zhuǎn)微博等等一系列的溝通行為的時(shí)候，有沒有想到過，這一切的一切都是通過手機(jī)上的天線模塊來實(shí)現(xiàn)的。如果沒有天線，智能手機(jī)將變成一臺(tái)單機(jī)游戲機(jī)。
現(xiàn)在你和人們聊起手機(jī)的天線，有的人甚至?xí)柲悖骸疤炀€?我的手機(jī)沒有天線，什么時(shí)代了有機(jī)還有天線。”
額。。。。。。其是天線還是有的，眼鏡貼到眼睛上就叫隱形眼鏡，天線放到手機(jī)內(nèi)部就叫內(nèi)置天線。
簡(jiǎn)單說一下內(nèi)置天線大體有這么兩種：PIFA天線和MONOPOLE天線。
PIFA天線如按要求設(shè)計(jì)環(huán)境結(jié)構(gòu)，電性能相當(dāng)優(yōu)越，包括SAR(Specific Absorption Rate特殊吸收比率 ?，主要測(cè)量人體吸收手機(jī)輻射量的多少)指標(biāo)，是內(nèi)置天線首選方案。
適用于有一定厚度手機(jī)產(chǎn)品，折疊、滑蓋、旋蓋、直板機(jī)。
MONOPOLE天線如按要求設(shè)計(jì)環(huán)境結(jié)構(gòu)，電性能可達(dá)到較高的水平。缺點(diǎn)是SAR稍高。不適用折疊、滑蓋機(jī)，在直板機(jī)和超薄直板機(jī)上有優(yōu)勢(shì)。
下面來看一下幾款手機(jī)的內(nèi)置天線。
三星Galaxy Note 2：
底部白色的部分就是天線模塊。
三星Galaxy S5：
紅色：SWEP GRG28天線切換模塊
橙色(小)：高通WFR1620接收器
iPhone 4S：
iPhone 4S也將天線放到了手機(jī)底部，但與Note2不同的是它還有外接金屬天線。
iPhone 6：
iPhone 6的天線則被移到了手機(jī)上方，同樣的，其金屬后殼被殘忍的分割開來。
最早的大哥大手機(jī)是外置天線，是低頻段的模擬信號(hào)天線，這種設(shè)計(jì)直到現(xiàn)在都還在被對(duì)講機(jī)采用；
2G時(shí)代，從NOKIA開始采用內(nèi)置式天線，采用薄不銹鋼片沖壓而成，隨后為降低成本，后來改用FPC（印刷電路板）代替，F(xiàn)PC的特點(diǎn)是材質(zhì)軟，可以貼在曲面上，還可以轉(zhuǎn)折，在空間利用率上比金屬天線有優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)PC天線直到目前仍然是主流的天線技術(shù)；
后來隨技術(shù)的發(fā)展，又發(fā)展出來LDS天線技術(shù)，就是直接在經(jīng)過特殊處理的塑模材料上用激光雕刻出天線，這個(gè)技術(shù)在目前的中高端手機(jī)中普遍采用，通常用在主天線上，和喇叭box做在一起，以節(jié)省空間。
現(xiàn)在的手機(jī)由于通訊能力相當(dāng)復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)不同功能的天線，會(huì)采用不同的技術(shù)搭配使用。
MIMO
多輸入多輸出（Multi-input Multi-output ; MIMO）是一種用來描述多天線無線通信系統(tǒng)的抽象數(shù)學(xué)模型，能利用發(fā)射端的多個(gè)天線各自獨(dú)立發(fā)送信號(hào)，同時(shí)在接收端用多個(gè)天線接收并恢復(fù)原信息，是一種空分復(fù)用的概念。
MIMO可以在不需要增加帶寬或總發(fā)送功率耗損的情況下大幅地增加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量及發(fā)送距離。MIMO的核心概念為利用多根發(fā)射天線與多根接收天線提供的空間自由度來有效提升無線通信系統(tǒng)之頻譜效率，進(jìn)而提升傳輸速率并改善通信質(zhì)量。
MIMO技術(shù)可以應(yīng)用在無線通信網(wǎng)絡(luò)中與基站通信，也可以應(yīng)用在WiFi網(wǎng)絡(luò)中與無線路由器通信。我們通常用A*B MIMO來表示天線數(shù)量，比如2*2 MIMO表示2路發(fā)射2路接收，理論傳輸容量為SISO的兩倍。
在未來5G網(wǎng)絡(luò)中，可以預(yù)見終端會(huì)普遍采用更大數(shù)量的MIMO技術(shù)。
5G時(shí)代的天線：尺寸不變，數(shù)量增加
天線是無線通信設(shè)備上的重要部件，用來發(fā)射和接收電磁波信號(hào)。天線是一根具有指定長(zhǎng)度的導(dǎo)線，可以制造在PCB（印制電路板）和FPC（柔性電路板）上。
天線的長(zhǎng)度與無線信號(hào)的波長(zhǎng)相關(guān)性很強(qiáng)，一般要求是電磁波長(zhǎng)的1/4或1/2，比如2G時(shí)代的900Mhz頻段，電磁波長(zhǎng)為20~30cm，天線尺寸則為7.5cm左右。
目前4G通信的波段是0.8-2.6GHz，而5G使用的主要通信頻段也在6GHz以下。因此，使用5G Sub-6G頻段的手機(jī)天線尺寸上不會(huì)有大變化，仍然會(huì)是厘米級(jí)。
不過，為了達(dá)到更高的速度要求，5G會(huì)使用更多根天線，即MIMO技術(shù)，例如4×4 MIMO就是有4個(gè)發(fā)射端天線，4根收集端天線。
而天線數(shù)量的增加，則將會(huì)要求多個(gè)天線之間的形狀重新排布，對(duì)手機(jī)后蓋和走線提出新的要求，以達(dá)到更好的效率。華為mate30 pro 5G一共集成了21根天線，其中包括14根5G天線。
審核編輯：黃飛
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