一種高效率的板載倒F天線設(shè)計與研究

胡澤堅

（1.高創(chuàng)（蘇州）電子有限公司，江蘇 蘇州 215200；2.北京京東方營銷有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）

Wi-Fi參數(shù)對Wi-Fi的性能是非常重要的。共軛匹配是當(dāng)信號源內(nèi)阻和負(fù)載含有電抗成份時，信源阻抗與負(fù)載阻抗要滿足共扼關(guān)系，即電阻成份相等，電抗、成份數(shù)值相等而符號相反，這時負(fù)載取得最大功率。

當(dāng)信源和負(fù)載電抗成分為零時，阻抗匹配與共軛匹配就沒有區(qū)別了。

引入反射系數(shù)、回波損耗、駐波比參數(shù)來表示匹配的程度，下面是Wi-Fi參數(shù)以及轉(zhuǎn)換的過程。

1 反射系數(shù)S11

常說的S11是網(wǎng)絡(luò)端口1的反射系數(shù)，一般指輸入反射系數(shù)，S22是指端口2輸出反射系數(shù)。反射系數(shù)量化反映了信號的反射情況，這個值越小越好，Wi-Fi要求一般都要做到

2 回波損耗

回波損耗是指以功率來表示信號的反射情況，是反射功率與入射功率之比，以dB為單位。回波損耗的值在0dB到無窮小，回波損耗越小則匹配越好。

3 VSWR駐波比

VSWR：波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)，也叫電壓駐波比，是射頻技術(shù)中最常用的參數(shù)，用來衡量部件之間的匹配是否良好。

4 換算公式

Wi-Fi阻抗匹配要求為50Ω，其2.4G-2.5G之間阻抗匹配允許在25Ω-75Ω之間。計算50Ω傳輸線特性阻抗，如果阻抗變?yōu)槭?5Ω時各個參數(shù)：

計算結(jié)果表明在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，25Ω計算上面反射系數(shù)、回波損耗、駐波比也是同樣的值，因此25Ω-75Ω阻抗范圍內(nèi)是可以接受。

基于上面的指標(biāo)。本文的設(shè)計是采用板載天線，其一致性和可生產(chǎn)性都大大超過原來的天線。電磁波在真空中的傳播速度為3×108米/秒，是最有利于輻射[1]，2.4GHz頻率在真空中的波長12.5厘米，波長3.125厘米，實際中根據(jù)PCB介質(zhì)波長會有變化，根據(jù)實際進行模擬仿真和測試。為該板載天線在主板PCB上面的形狀如圖1，為倒F天線2.4GHz、5GHz雙頻天線，這里只應(yīng)用在2.4GHz上面，且是根據(jù)實際PCB結(jié)構(gòu)而設(shè)計。PCB板子上面的介電常數(shù)與真空不一樣，實際調(diào)試為準(zhǔn)。

圖1 板載天線形狀

采用ADS[2]工具進行模擬仿真測試，仿真出來的S11，m1點其S11可以達到-21.68dB如圖2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于比-10dB以下。史密斯圖m2接近中心點50Ω，阻抗已經(jīng)完全匹配，如下圖2：3.4728dBi，其天線效率：2.445/3.4728=70.5%，達到60%以上就是達到設(shè)計要求，效率在80%以上的天線就非常好一般只有外置偶極子天線才能夠達到的水平。

圖2 S11指標(biāo)

可以看圖3（a）接收和（b）發(fā)射的電流走向，亮度較亮的位置就是電流較強的位置，箭頭為接收和發(fā)射的方向：

圖3 WiFi電流流向

圖4為方向圖[3]，相對于平放的主板，為垂直方向和水平方向的蘋果圖

圖4 方向圖

從上面性能來看，跟使用倒F型硬PCB板天線對比，在實際中測試效果其性能基本一置。由于外置倒F型硬PCB板天線需要人工焊接，再貼在機殼內(nèi)壁上面，不僅人工成本高而且人工焊接同軸線、安裝天線容易引起焊接不良，也容易扯斷同軸線導(dǎo)致Wi-Fi性能差。板載天線是直接制作在主板PCB上面，不需要外拉同軸線，一致性得以保障。因此板載天線有著比較高的優(yōu)勢。