News

(IoT物联网)天线的设计步骤 - 完整收藏版 -AntennaHome

-以WiFi 2.4g天线为例

【说明】
本文档来源于网络，仅限于交流学习之用，不涉及商业用途；文中出现的品牌或软件工具，其权利归属于对应持有人。请勿侵权！

物联网天线设计，大概步骤：

一、理论计算：根据电磁波传输理论，计算对应频率天线的电气尺寸；
二、EDA工具仿真：根据理论尺寸及设计，用专业软件来计算天线的参数；
三、样品制作：依据仿真设计输出天线的尺寸、用料等；
四、实验室测试：测试实际样品的S11参数、辐射参数；

以WiFi内置PCB天线为例（见图0），详细展开以上个各步骤，如下：
天线，是电磁波接收发射设备，起到电场转磁场、磁场转电场的作用。传输信号，但不能放大信号！
天线的电气尺寸，与波长相比拟。通常偶极子天线的两臂长度尺寸约等于λ/4。多数其他形式的天线都是偶极子天线的变型。

( 图0 )

一．理论计算：根据电磁波传输理论，计算对应频率天线的电气尺寸；
某种频率的电磁波在介质里的传输波长，计算公式为：
λ=C/f , λ为波长，f为频率，C为介质中的传播速度
其中C=C0/√εr C0为电磁波在真空中的传播速度，等于光速；εr为介质的相对介电常数；

WiFi的频率为2.4~2.483 GHz,介质为PCB（FR4的相对介电常数为3.6~4.4)，其λ/4的尺寸为：
λ/4=3.0 x 10^8 /(2.45x10^9 x √4.4 x 4)=0.0139米=13.9mm

(注：以FR4=4.4计算，但实际工程量产的数值，需要进一步跟PCB板厂确认。根据经验，‘13.9mm’这个值实际中在18~26mm之间。）

二．EDA工具仿真： HFSS是专业的射频仿真软件，常用于天线设计；
HFSS仿真软件，可以依据天线的用料及尺寸，计算出对应的天线参数。此案例中，我们定义为天线的形式为PIFA天线，两臂长度在18~26mm选取。通过软件计算最终得出对应的天线尺寸。从而输出到下一步，为天线制样提供物理尺寸。
HFSS仿真软件，大概步骤，建模(选定天线用料及尺寸）、设定计算条件（比如，驱动模式、频率起始、馈电模式、等）、计算及输出结果、（可调参数优化计算）；具体操作及实现步骤非本文重点，故略之。

本实例，天线的用料及尺寸为，PCB 20x20mm，板厚T=1.0mm；辐射阵子(PCB铺铜区域)，取为不规格弧形区域，见下图1；