怎么搞定RF射频中天线的工作原理

Getaway

天线设计和射频布局是无线系统中的关键组件，它负责发送和接收来自空中的电磁辐射。终端客户从某个 RF 产品 (如电量有限的硬币型电池) 获得的无线射程主要取决于天线的设计、外壳以及良好的 PCB 布局。

对于芯片和电源相同但布局和天线设计实践不同的系统，它们的 RF (射频) 范围有较大变化也是正常的。本应用笔记介绍了最佳实践、布局指南以及天线调试程序，并给出了使用给定电量所获取的最宽波段。射频跟踪、电源解耦、通路孔、PCB 层叠、以及天线与接地的总体布局注意事项也进行了讨论。应用笔记也详细介绍了射频无源器件 (如电感器和电容器) 的选择。每个主题以提示或与主题相关的设计项目的检查表结尾。

Figure 1 示出了在发射机 (TX) 和接收机 (RX) 上的无线系统的关键部件。

设计优良的天线可以扩大无线产品的工作范围。从无线模块发送的能量越大，在已给的数据包错误率 (PER) 以及接收器灵敏度固定的条件下，传输的距离也越大。类似地，接收器侧的调谐良好的无线电可以在天线上在极小的辐射条件下工作。RF 布局连同无线匹配网络需要被正确设计，以确保大部分来自射频的功率到达天线，反之亦然。

天线原理

天线一般指的是裸露在空间内的导体。该导体的长度与信号波长1成特定比例或整数倍时，它可作为天线使用。因为提供给天线的电能被发射到空间内，所以该条件被称为“谐振”。

如 Figure 2 所示，导体的波长为λ/2，其中λ为电信号的波长。信号发生器通过一根传输线 (也称为天线馈电) 在天线的中心点为其供电。按照这个长度，将在整个导线上形成电压和电流驻波，如 Figure 2 所示。输入到天线的电能被转换为电磁辐射，并以相应的频率辐射到空中。该天线由天线馈电供电，馈电的特性阻抗为 50 Ω，并且辐射到特性阻抗为 377 Ω2的空间中。因此，对于天线的几何形状，有两个非常重要的事项需要注意：

1. 天线长度

2. 天线馈电

长度为λ/2 的天线 (如 Figure 2 所示) 被称为偶极天线。但在印刷电路板中，大多作为天线使用的导体长度仅为λ/4，但仍具有相同的性能。请参见 Figure 3。通过在导体下方一定距离的位置上放置接地层，可以创建与导体长度相同的镜像 (λ/4)。被组合在一起时，这些引脚作为偶极天线使用。这种天线被称为四分之一波长 (λ/4) 天线。PCB 上几乎所有的天线都按铜制接地层上四分之一波长的尺寸实现。请注意，该信号现在是单端馈电，同时接地层作为返回路径使用.
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对于大多数 PCB 中使用的四分之一波长天线，需要特别注意：

1. 天线长度

2. 天线馈电

3. 接地层和回流路径的形状和尺寸

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