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2.4G天线在PCB板上的设计

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主要讨论的是2.4G PCB天线,如果不考虑成本及体积,可以选用其它天线,如贴片天线(小尺寸、中性能、中成本)或外置的鞭状天线(大尺寸、高性能、高成本),而 PCB 天线是最低成本、中等尺寸,只要设计得当又能获得足够性能的天线。

包括三种天线:

超小型 PIFA 天线:用于 Nano Dongle 的 PCB 天线,由于 PCB 空间受限,最大增益会比其它几种天线小 6dB 左右,即工作距离会短一半。由此天线及 MCU 做成的完整板子大小为 11mm*18mm 左右。

正常 PIFA 天线:用于 Normal Module 的 PCB 天线,所占 PCB 空间最大,最大增益可以达到 1.5dB,如 PCB 面积足够,建议用此天线。由此天线做成的 RF Module 板子大小为 15mm*18mm 左右。

正常 Wiggle 天线:用于 Normal Module 的 PCB 天线,所占 PCB 空间比第二种稍小,增益也稍差 1dB,可以用于对体积稍有要求的无线终端,如对于空间比较紧凑的无线鼠标等设备。由此天线做成的 RF Module 板子大小为 13mm*18mm 左右。

1、小尺寸 Nano Dongle 用PIFA天线设计

天线具体尺寸如下图(板材为两层 FR4,板厚 0.6mm):

其中天线线宽 A:0.15mm;B:0.25mm;C:0.4mm

Nano Dongle PIFA 天线

天线性能 S11 如下,工作频段覆盖整个 2.4G ISM 频段:

Nano Dongle PIFA 天线 S11

2D和3D增益如下,该天线最大增益只有-5dB 左右:

Nano Dongle PIFA 天线增益

2. 更大尺寸 Normal Module用PIFA 天线设计

该天线结构就是 Normal Module 完整 Layout 中的 PIFA 天线。

天线具体尺寸如下图(板材为两层 FR4,板厚 1.0mm),如果板子厚度和板子大小与此不一致(板厚和地面积大小影响性能),则 Layout 时需加长天线末端尺寸,如增加最后端 4.8m的长度,供调试天线用。

由此天线做成的 RF Module 板子大小为 15mm*18mm 左右。

Normal Module PIFA 天线

天线性能S11 如下,工作频段覆盖整个2.4G ISM频段,可以看到天线工作带宽比Nano更大:

2D和 3D增益如下,该天线最大增益比Nano 大 6dB 左右,达到1.5dB 左右:

3. 更大尺寸 Normal Module 用 Wiggle 天线设计

Wiggle天线比大PIFA 天线占用空间更小,应用更灵活,而性能亦差不多,广泛应用于无线键鼠产品当中。

天线具体尺寸如下图(板材为两层 FR4,板厚 1.0mm),如果板子厚度和板子大小与此不一致(板厚和地面积大小影响性能),则 Layout 时需加长天线末端尺寸,如增加最后端 2.7mm 的长度,供调试天线用。

由此天线做成的 RF Module 板子大小为 13mm*18mm 左右。

天线性能 S11 如下,工作频段覆盖整个 2.4G ISM 频段:

2D 和 3D 增益如下,该天线最大增益比 Normal PIFA 稍小 1dB 左右:


Normal Module Wiggle 天线增益
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