【說明】
本文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，僅限于交流學(xué)習(xí)之用，不涉及商業(yè)用途； 文中出現(xiàn)的品牌或軟件工具，其權(quán)利歸屬于對(duì)應(yīng)持有人。

物聯(lián)網(wǎng)天線設(shè)計(jì)，大概步驟：

一、理論計(jì)算：根據(jù)電磁波傳輸理論，計(jì)算對(duì)應(yīng)頻率天線的電氣尺寸；
二、EDA工具仿真： 根據(jù)理論尺寸及設(shè)計(jì)，用專業(yè)軟件來計(jì)算天線的參數(shù)；
三、樣品制作：依據(jù)仿真設(shè)計(jì)輸出天線的尺寸、用料等；
四、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試：測(cè)試實(shí)際樣品的S11參數(shù)、輻射參數(shù)；


以WiFi內(nèi)置PCB天線為例（見圖0），詳細(xì)展開以上個(gè)各步驟，如下：
天線，是電磁波接收發(fā)射設(shè)備，起到電場(chǎng)轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、磁場(chǎng)轉(zhuǎn)電場(chǎng)的作用。傳輸信號(hào)，但不能放大信號(hào)！
天線的電氣尺寸，與波長(zhǎng)相比擬。通常偶極子天線的兩臂長(zhǎng)度尺寸約等于λ/4。多數(shù)其他形式的天線都是偶極子天線的變型。

  

一．理論計(jì)算：根據(jù)電磁波傳輸理論，計(jì)算對(duì)應(yīng)頻率天線的電氣尺寸；
某種頻率的電磁波在介質(zhì)里的傳輸波長(zhǎng)，計(jì)算公式為：
λ=C/f ,     λ為波長(zhǎng)，f為頻率，C為介質(zhì)中的傳播速度
其中C=C0/√εr      C0為電磁波在真空中的傳播速度，等于光速；εr為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；

WiFi的頻率為2.4~2.483 GHz,介質(zhì)為PCB（FR4的相對(duì)介電常數(shù)為3.6~4.4)，其λ/4的尺寸為：
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計(jì)算，但實(shí)際工程量產(chǎn)的數(shù)值，需要進(jìn)一步跟PCB板廠確認(rèn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，‘13.9mm’這個(gè)值實(shí)際中在18~26mm之間。）


二．EDA工具仿真： HFSS是專業(yè)的射頻仿真軟件，常用于天線設(shè)計(jì)；
HFSS仿真軟件，可以依據(jù)天線的用料及尺寸，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的天線參數(shù)。此案例中，我們定義為天線的形式為PIFA天線，兩臂長(zhǎng)度在18~26mm選取。通過軟件計(jì)算最終得出對(duì)應(yīng)的天線尺寸。從而輸出到下一步，為天線制樣提供物理尺寸。
HFSS仿真軟件，大概步驟，建模(選定天線用料及尺寸）、設(shè)定計(jì)算條件（比如，驅(qū)動(dòng)模式、頻率起始、饋電模式、等）、計(jì)算及輸出結(jié)果、（可調(diào)參數(shù)優(yōu)化計(jì)算）； 具體操作及實(shí)現(xiàn)步驟非本文重點(diǎn)，故略之。

本實(shí)例，天線的用料及尺寸為，PCB 20x20mm，板厚T=1.0mm； 輻射陣子(PCB鋪銅區(qū)域)，取為不規(guī)格弧形區(qū)域，見下圖1；


仿真后的參數(shù)結(jié)果為，見圖2；

  

三．樣品制作：依據(jù)仿真設(shè)計(jì)輸出天線的尺寸工程圖紙，以制作樣品；
本實(shí)例天線形式為PCB+cable+IPX接頭，Cable+IPX接頭為標(biāo)準(zhǔn)品，因此主要輸出PCB及其線路圖(天線輻射臂）。 

這里推薦 立創(chuàng)EDA  軟件來設(shè)計(jì)PCB，簡(jiǎn)單易上手、好用！ 設(shè)計(jì)完成后，如下圖3 -1/2；

  

設(shè)計(jì)完成后，輸出PCB板子GERBER文件，到嘉立創(chuàng)平臺(tái)打板PCB樣品，同樣好用、快捷、還便宜，分享一二，如圖4；


四．實(shí)驗(yàn)室測(cè)試：測(cè)試實(shí)際樣品的S11參數(shù)、輻射參數(shù)
PCB板子到手后，焊接天線，來做實(shí)際的物料指標(biāo)測(cè)試；
S11參數(shù)測(cè)試，對(duì)應(yīng)的儀器為 網(wǎng)絡(luò)分析儀；
輻射參數(shù)(增益、效率、場(chǎng)型圖）測(cè)試，3D微波暗室測(cè)試；

測(cè)試結(jié)果為
【S11參數(shù)】

  

【輻射參數(shù)】
增益 、場(chǎng)型圖

  

結(jié)論：
該案例完整闡述了IoT物聯(lián)網(wǎng)天線的設(shè)計(jì)步驟，以及測(cè)試方法、測(cè)試環(huán)境(設(shè)備及儀器)。 理論設(shè)計(jì)與實(shí)例測(cè)試，相互印證。 清晰、明了，對(duì)天線從業(yè)者、初學(xué)者，有著指導(dǎo)作用！

注：本文為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)之總結(jié)與分享，不見得完全正確、完美！歡迎交流指正！ 轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)注AntennaHome.com ;