印刷天线设计方法：2.4G印刷倒F天线

前言：天线属于一个专业性比较强的学科，需要一些实践性的设计方法。

一、天线设计简介

天线的具体设计过程和原理，天线多频的实现方法，如何使用电容、电感等集总原件来匹配和改善天线的性能，将自己的天线经验无保留的分享给大家，包括常见的如：蛇形天线、倒F天线、PIFA天线、LOOP天线、缝隙天线和边框天线等结构的原理和设计方法。

例如，现在要求设计一款工作在2.412GHz–2.472GHz（wifi 11n协议）的板载行wifi印刷天线，采用FR4介质，要求增益大于1.5dBi，电压驻波比VSWR<2。先来看一看印刷倒F天线的基本结构，如下图：

印刷倒F天线主要有三个主要的结构参数，即天线的谐振长度L，天线高度H和馈点到接地点间距S（如图中），其中，谐振长度L用于调整天线的工作频率，越短则频率越高；天线高度H可用于调整天线的带宽，H越大，带宽则越大；S则用于调整天线的输入阻抗，S越小，阻抗越大，换句话说，S可以直接用于调整天线的VSWR性能。

二、设计过程

•  第一步，先计算天线的基本尺寸，以2.45GHz作为中心频点，则对应的自由空间波长：

lambda0 =v/f=122mm，其中v为光速，f为需要的频率；

•  第二步，计算单极子天线的长度，这里要注意，通常板载天线使用的都是单极子天子，单极子天线通常采用四分之一个波长，而偶极子天线采用半个波长或一个波长(相关知识可以在百度上搜索，这里不做过多的重复)，因此，对应的单极子天线长度为 ：

 1/4*Lambda0=30mm;

•  第三步，需要考虑FR4介质板对天线的影响，作为印刷天线来讲，天线一面蚀刻在介质板上，另一面裸露在自由空间中，因此，天线的实际长度还会收到介质板介电常数的影响，当天线完全处于介质中时，其波长：

Lambdae = Lambda0/(e^0.5)(e表示介电常数)

对于印刷天线来讲，由于其一半在空气中，一半在介质板上，因此它的长度介于 四分之一个介质波长和四分之一个自由空间波长之间，设计中暂时取中间值，根据上面的计算，四分之一个介质波长为1/4*122/(4.4^0.5)=15mm，因此，可取天线的初始长度为22mm。根据上图来看，初始长度即为 天线高度H和谐振长度L的和，我们可以自己定义 H=5mm，L=17mm，S=5mm，天线宽度W=1mm，采用HFSS建立三维仿真模型(具体的建模过程可向作者咨询)，建立的模型如下：

 

取L1=17mm，L2=16mm，L3=15mm；H1=5mm，H2=5mm，H3=3mm；S1=4mm，S2=5mm，S3=6mm，从以上的仿真结果，可以非常清晰的看到三个主要常数对天线性能的影响：即谐振长度L用于调整天线的工作频率，越短则频率越高；天线高度H可用于调整天线的带宽，H越大，带宽则越大；S则用于调整天线的回波损耗S11性能。具体的影响效果总结如下：

来源：硬件之家-allchidata整理