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天線是各種智能設備都需要的重要部件，所有需要用到無線的設備都需要用到它。現在是無線時代，網絡路由器都是無線WIFI，電腦，手機連網絡再也不用網線連接了，還有藍牙耳機，藍牙鼠標，藍牙鍵盤等等不再有電線了，這個天線的性能就至關重要了。
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候，需要綜合考慮。今天上尉Shonway就給大家講講各種天線的設計及設計要點。
天線一般有以下幾種，
第一種 PCB板載天線
這種天線成本低，但性能會稍微差一點。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設計都有哪些需要注意的問題？我們首先要知道這個射頻知識，Shonway以前出過一篇文章，對于射頻，任何銅箔，導線都不能看成是簡單的導線，他是由很多阻容電路組成的一種等效電路，你看到短路的，對于射頻就不是短路。以這個思路我們看看這個倒F天線的PCB設計。如下圖所示
圖3
這里有六點要注意
1，這個倒F天線，不是隨便畫的，網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IT技術
2，RF饋點這里引出來的線阻抗必須做到50ohm
3, 接地饋點必須接地牢靠
4，地平面必須要多打地過孔，如上圖所示，這個過孔間距多少合適的話，我們以前一篇臥龍會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
手機上的天線叫平面倒F天線，原理上是用一個平面接上一個接地平面饋點，與RF饋點組成，如下圖4所示
圖4
上面圖4從左下方RF饋點這個箭頭看過去，就是一個倒F。同樣是倒F結構，但手機中的天線采用的是平面結構，這個倒F天線就比PCB板載天線性能就會好很多，這樣空間又比較少，成本又低，對于手機天線是最好的選擇。
實際的天線如下圖5所示
圖5
實際上這個平面對于不同手機有很多種形狀，原理就是平面倒F結構，在這個平面上一個是接RF，一個是接地饋點就組成了平面倒F天線。
圖6
上圖就是不同手機天線。他們的原理都是平面倒F天線，是不是長知識了，記得點贊。
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，因為倒F天線有一個接地饋點，能有效調節(jié)頻點。
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變成電磁波，從而能發(fā)射出去并傳波到遠方。
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，下面所有層銅箔都掏空（白色框所示區(qū)域）這樣四個方向，至少2個方向都是空的，對天線的效果很好，不要忘記接地銅箔都要打上接地過孔，打多一點。
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，占用的空間也大，這只能是露在機殼外面。
圖14
這種天線在PCB設計時要注意的問題
1，如果RF引線短，RF信號線下面所有層都要凈空，如圖15所示，如果引出線比較長，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IT技術
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
藍牙天線設計之倒F型天線：
倒F型天線的天線體可以為線狀或者片狀，當使用介電常數較高的絕緣材料時還可以縮小藍牙天線尺寸。作為板載天線的一種，倒F型天線設計成本低但增加了一定體積，在實際應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，但天線周圍務必不能放置地，周圍應是凈空區(qū)。如下圖：
圖1：倒F型天線設計示意圖
藍牙天線設計之曲流型天線設計：
曲流型天線的長度比較難確定。長度一般比四分之一波長稍長，其長度由其幾何拓撲空間及敷地區(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，但天線周圍務必不能放置地，周圍應是凈空區(qū)。如圖2，圖3：
圖2：曲流型天線設計示意圖1
圖3：曲流型天線設計示意圖2
注：天線長度計算公式：
天線的長度（米）=（300/f）*0.25*0.96
其中f表示頻率（MHz），0.96為波長縮短率
藍牙天線長度約為 300/2.4G*0.25*0.96 大約為31mm
藍牙天線設計之陶瓷天線設計：
陶瓷天線是另外一種適合于藍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牙模塊中使用。在 PCB設計時，天線周圍要凈空就可以了，特別注意不能敷銅。如下圖：
圖4：陶瓷天線設計示意圖
藍牙天線設計之2.4G棒狀天線設計：
2.4G棒狀藍牙天線體積大，但傳輸距離要強于其他天線。在PCB設計時，天線周圍也和上述的三種天線設計一樣要凈空。如下圖：
圖5：2.4G棒狀天線設計示意圖
關于藍牙天線設計的其它相關注意點：
1）天線的信號（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相關。
3）過孔會產生寄生電感，高頻信號對此會產生非常大的衰減，所以走射頻線的時候盡量不要有過孔。
當你每天在用智能手機打電話、發(fā)短信、玩兒網絡游戲、轉微博等等一系列的溝通行為的時候，有沒有想到過，這一切的一切都是通過手機上的天線模塊來實現的。如果沒有天線，智能手機將變成一臺單機游戲機。
現在你和人們聊起手機的天線，有的人甚至會問你：“天線?我的手機沒有天線，什么時代了有機還有天線。”
額。。。。。。其是天線還是有的，眼鏡貼到眼睛上就叫隱形眼鏡，天線放到手機內部就叫內置天線。
簡單說一下內置天線大體有這么兩種：PIFA天線和MONOPOLE天線。
PIFA天線如按要求設計環(huán)境結構，電性能相當優(yōu)越，包括SAR(Specific Absorption Rate特殊吸收比率 ?，主要測量人體吸收手機輻射量的多少)指標，是內置天線首選方案。
適用于有一定厚度手機產品，折疊、滑蓋、旋蓋、直板機。
MONOPOLE天線如按要求設計環(huán)境結構，電性能可達到較高的水平。缺點是SAR稍高。不適用折疊、滑蓋機，在直板機和超薄直板機上有優(yōu)勢。
下面來看一下幾款手機的內置天線。
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。
最早的大哥大手機是外置天線，是低頻段的模擬信號天線，這種設計直到現在都還在被對講機采用；
2G時代，從NOKIA開始采用內置式天線，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，FPC的特點是材質軟，可以貼在曲面上，還可以轉折，在空間利用率上比金屬天線有優(yōu)勢，FPC天線直到目前仍然是主流的天線技術；
后來隨技術的發(fā)展，又發(fā)展出來LDS天線技術，就是直接在經過特殊處理的塑模材料上用激光雕刻出天線，這個技術在目前的中高端手機中普遍采用，通常用在主天線上，和喇叭box做在一起，以節(jié)省空間。
現在的手機由于通訊能力相當復雜，需要設計不同功能的天線，會采用不同的技術搭配使用。
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)的抽象數學模型，能利用發(fā)射端的多個天線各自獨立發(fā)送信號，同時在接收端用多個天線接收并恢復原信息，是一種空分復用的概念。
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)的數據吞吐量及發(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，進而提升傳輸速率并改善通信質量。
MIMO技術可以應用在無線通信網絡中與基站通信，也可以應用在WiFi網絡中與無線路由器通信。我們通常用A*B MIMO來表示天線數量，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網絡中，可以預見終端會普遍采用更大數量的MIMO技術。
5G時代的天線：尺寸不變，數量增加
天線是無線通信設備上的重要部件，用來發(fā)射和接收電磁波信號。天線是一根具有指定長度的導線，可以制造在PCB（印制電路板）和FPC（柔性電路板）上。
天線的長度與無線信號的波長相關性很強，一般要求是電磁波長的1/4或1/2，比如2G時代的900Mhz頻段，電磁波長為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頻段的手機天線尺寸上不會有大變化，仍然會是厘米級。
不過，為了達到更高的速度要求，5G會使用更多根天線，即MIMO技術，例如4×4 MIMO就是有4個發(fā)射端天線，4根收集端天線。
而天線數量的增加，則將會要求多個天線之間的形狀重新排布，對手機后蓋和走線提出新的要求，以達到更好的效率。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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工商網監(jiān)
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