如何正確選用無線模塊天線

在萬物互聯(lián)的大趨勢下，無線通信模塊成為了各類電子設(shè)備中不可或缺的一部分，而模塊的通信質(zhì)量很大程度上取決于天線設(shè)計(jì)是否合理。本文介紹了如何選擇合適的天線并發(fā)揮出天線最佳的性能。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，為了節(jié)省研發(fā)周期，不少廠商都推出各種各樣的成品天線。然而如果工程師選擇不當(dāng)，不僅起不到應(yīng)有的效果，反而會浪費(fèi)很多時間與成本在排查調(diào)試上，得不償失。本文將介紹常用的幾種天線并結(jié)合在工程中的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)給出設(shè)計(jì)建議，以供大家參考。

接下來為大家介紹常用的天線種類:

(1) 板載PCB式天線:采用PCB蝕刻而成，成本低，但是性能有限，可調(diào)性好，可大批量用于藍(lán)牙、WiFi無線通信模塊。

(2) SMT貼片式：常用的有陶瓷天線，占用面積少，集成度高，容易更換，適用于對空間要求小的產(chǎn)品，但是該類型天線價格稍貴且?guī)捚　?/p>

(3) 外置棒狀天線：性能好，無需調(diào)試，方便更換，增益高，適用于各種終端設(shè)備。

(4) FPC天線：通過饋線連接，安裝自由，增益高，通?？梢允褂帽衬z貼在機(jī)器非金屬外殼上，適用于性能要求高且外殼空間充足的產(chǎn)品上。

圖1 常見天線

天線的作用是將射頻信號輻射到自由空間，這時候選擇合適的天線對于傳輸距離就有很大的影響。天線對周圍環(huán)境很敏感，很多情況下會出現(xiàn)即使選擇了合適的天線，也達(dá)不到預(yù)期的效果。由于有些客戶對天線設(shè)計(jì)需要考慮的因素不清楚，這里我們給出在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中的一些經(jīng)驗(yàn)，便于客戶更好地設(shè)計(jì)出自己的電路與PCB，增加項(xiàng)目的成功機(jī)會。

1、 匹配電路設(shè)計(jì)

在原理圖設(shè)計(jì)時，需要在天線與模塊射頻輸出管腳預(yù)留一個π型網(wǎng)絡(luò)。天線的阻抗受PCB的鋪地、天線的安裝以及周圍的金屬等因素影響，預(yù)留這個網(wǎng)絡(luò)是為了在天線嚴(yán)重偏離50歐姆阻抗時，將其匹配至50歐姆。

X1，X2，X3都是電抗元件，如果天線是標(biāo)準(zhǔn)的50歐姆阻抗，那么X2，X3可以不焊接，X1接220PF電容或者0歐姆電阻。在PCB設(shè)計(jì)時，這三個器件已經(jīng)盡量靠近模塊的射頻輸出腳，并且連接的傳輸線短且直。匹配元件的周圍1.5mm區(qū)域內(nèi)不要鋪地，以減少寄生參數(shù)對匹配電路的影響。

圖2 匹配電路

2、 微帶線設(shè)計(jì)

在PCB設(shè)計(jì)時，由于大部分的天線與模塊的輸出阻抗是50歐姆，為了盡量減少在傳輸過程中能量的反射，射頻輸出管腳到天線之間的PCB引線應(yīng)為50歐姆的微帶線。常用的板材為FR4(介電常數(shù)4.2-4.6)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)線寬約為微帶線距離參考層距離的2.2倍時，微帶線的特征阻抗約為50歐姆。具體設(shè)計(jì)時,建議使用微帶線阻抗控制工具(ADS、txline等)來計(jì)算,并通過實(shí)際調(diào)試來完成微帶線的設(shè)計(jì)。如下圖所示，微帶線下面的鋪地層必須是完整的地，在微帶線兩側(cè)需要多打接地過孔。

圖3 微帶線

3、 金屬對天線的影響

如果天線附近有金屬材料的物體時，金屬能反射電磁波，不但會影響天線的實(shí)際使用空間，增加天線的損耗電阻，降低輻射效率，而且導(dǎo)致天線輻射性能的惡化。在安裝天線時，要注意：

a：天線距離電池至少要有5mm;

b：天線距離屏蔽殼至少要有4mm;

c：在需要安裝外殼的場合，不要在外殼表面使用具有金屬成分的噴漆或者鍍層。

WM6201系列是ZLG致遠(yuǎn)電子針對工業(yè)4.0領(lǐng)域推出的一款低功耗、高性能Wi-Fi模塊，產(chǎn)品采用博通無線方案設(shè)計(jì)，內(nèi)置一顆Cortex-M4內(nèi)核的處理器，主頻高達(dá)100MHz，無線遵循IEEE 802.11b/g/n協(xié)議，支持UART串口透明傳輸，用戶無需了解復(fù)雜的TCP/UDP及無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速聯(lián)網(wǎng)。

模塊經(jīng)過系列權(quán)威射頻儀器的檢驗(yàn)和認(rèn)證，并采用超小的體積設(shè)計(jì)，使其更易于集成到各種智能設(shè)備中。