天線是各種智能設備都需要的重要部件，所有需要用到無線的設備都需要用到它。現在是無線時代，網絡路由器都是無線WIFI，電腦，手機連網絡再也不用網線連接了，還有藍牙耳機，藍牙鼠標，藍牙鍵盤等等不再有電線了，這個天線的性能就至關重要了。

一般天線的選擇有一些因素，除了考慮性能還要考慮成本，所以在選擇天線的時候，需要綜合考慮。今天上尉Shonway就給大家講講各種天線的設計及設計要點。

天線一般有以下幾種，

第一種 PCB板載天線

這種天線成本低，但性能會稍微差一點。PCB板載天線也有幾種形式。

a,平面倒F型天線，英文縮寫即PIFA，

如下圖所示就是倒F的PCB板載天線

圖1

圖2

下面這個是上面平面倒F的PCB板載天線的變種，由于空間不夠，扭曲一下。

此倒F天線PCB設計都有哪些需要注意的問題？我們首先要知道這個射頻知識，Shonway以前出過一篇文章，對于射頻，任何銅箔，導線都不能看成是簡單的導線，他是由很多阻容電路組成的一種等效電路，你看到短路的，對于射頻就不是短路。以這個思路我們看看這個倒F天線的PCB設計。如下圖所示

圖3

這里有六點要注意

1，這個倒F天線，不是隨便畫的，網上有專門的這種天線的庫，拿過來，按要求放上去就好。如果空間不夠，那就是自己通過仿真自己制作了自己專用的天線了。原創今日頭條：臥龍會IT技術

2，RF饋點這里引出來的線阻抗必須做到50ohm

3, 接地饋點必須接地牢靠

4，地平面必須要多打地過孔，如上圖所示，這個過孔間距多少合適的話，我們以前一篇臥龍會布布熊老師寫過一篇文章，大家找一下可以看看

5， 天線這里所有層銅箔必須凈空。

6，天線必須放在PCB板的角落里，最好三面都是空的，如圖2所示，上面三面都是空的

手機上的天線叫平面倒F天線，原理上是用一個平面接上一個接地平面饋點，與RF饋點組成，如下圖4所示

圖4

上面圖4從左下方RF饋點這個箭頭看過去，就是一個倒F。同樣是倒F結構，但手機中的天線采用的是平面結構，這個倒F天線就比PCB板載天線性能就會好很多，這樣空間又比較少，成本又低，對于手機天線是最好的選擇。

實際的天線如下圖5所示

圖5

實際上這個平面對于不同手機有很多種形狀，原理就是平面倒F結構，在這個平面上一個是接RF，一個是接地饋點就組成了平面倒F天線。

圖6

上圖就是不同手機天線。他們的原理都是平面倒F天線，是不是長知識了，記得點贊。

b，倒L形PCB板載天線

如下圖7所示，圖8就是倒L形天線的變種，也是因空間不夠，扭曲一下，以匹配頻率

圖7

圖8

此倒L形的需要注意的問題跟前面的差不多不再說明，倒L型天線沒有倒F型天線效果好一點，因為倒F天線有一個接地饋點，能有效調節頻點。

市面上有不少PCB板載天線，主要是上面兩種，還有一些如下面的圖所示

圖9

圖10

圖11

有些是廠家自己通過仿真制作出來的。

第二種 貼片陶瓷天線

這種天線做成了貼片元件，如下圖所示

圖12

這種天線一端是接RF，一端是接地。陶瓷天線原理，就是通過一根叫做“天線”的電極將天線與地之間形成的高頻電場變成電磁波，從而能發射出去并傳波到遠方。

PCB最好的布局布線方式就是以下方式

圖13

把陶瓷貼片天線放板邊，一邊接地，一邊連RF信號，下面所有層銅箔都掏空（白色框所示區域）這樣四個方向，至少2個方向都是空的，對天線的效果很好，不要忘記接地銅箔都要打上接地過孔，打多一點。

第三種 棒狀天線

此種天線如下圖14所示，這種天線效果最好，它是置身于空間，輻射效果最好，但成本也是貴一點，占用的空間也大，這只能是露在機殼外面。

圖14

這種天線在PCB設計時要注意的問題

1，如果RF引線短，RF信號線下面所有層都要凈空，如圖15所示，如果引出線比較長，那還要控制一下這根引出線的阻抗，多層板的話，需要把他下面的第二層凈空，其它層鋪完整銅，然后隔層參考地做阻抗，（為什么要隔層參考，大家評論區發表一下意見）阻抗控制在50ohm.如圖16所示。原創今日頭條：臥龍會IT技術

2，附近的接地銅箔必須接地牢靠，也就是要多打地孔。

圖15

圖16

藍牙天線設計之倒F型天線：

倒F型天線的天線體可以為線狀或者片狀，當使用介電常數較高的絕緣材料時還可以縮小藍牙天線尺寸。作為板載天線的一種，倒F型天線設計成本低但增加了一定體積，在實際應用中是最常見的一種。天線一般放置在PCB頂層，鋪地一般放在頂層并位于天線附近，但天線周圍務必不能放置地，周圍應是凈空區。如下圖：

圖1：倒F型天線設計示意圖

藍牙天線設計之曲流型天線設計：

曲流型天線的長度比較難確定。長度一般比四分之一波長稍長，其長度由其幾何拓撲空間及敷地區決定。曲流型天線一般是PCB封裝，即板載天線。和倒F型一樣，天線一般放置在PCB頂層，鋪地一般放在頂層并位于天線附近，但天線周圍務必不能放置地，周圍應是凈空區。如圖2，圖3：

圖2：曲流型天線設計示意圖1

圖3：曲流型天線設計示意圖2

注：天線長度計算公式：

天線的長度（米）=（300/f）*0.25*0.96

其中f表示頻率（MHz），0.96為波長縮短率

藍牙天線長度約為 300/2.4G*0.25*0.96 大約為31mm

藍牙天線設計之陶瓷天線設計：

陶瓷天線是另外一種適合于藍牙裝置使用的小型化天線。陶瓷天線的種類分為塊狀陶瓷天線和多層陶瓷天線。由于陶瓷本身介電常數較PCB電路板高，所以使用陶瓷天線能有效縮小天線尺寸，在介電損耗方面，陶瓷介質也比PCB電路板的介電損失小，所以非常適合低耗電率的的藍牙模塊中使用。在 PCB設計時，天線周圍要凈空就可以了，特別注意不能敷銅。如下圖：

圖4：陶瓷天線設計示意圖

藍牙天線設計之2.4G棒狀天線設計：

2.4G棒狀藍牙天線體積大，但傳輸距離要強于其他天線。在PCB設計時，天線周圍也和上述的三種天線設計一樣要凈空。如下圖：

圖5：2.4G棒狀天線設計示意圖

關于藍牙天線設計的其它相關注意點：

1）天線的信號（頻率大于400MHz以上）容易受到衰減，因此天線與附近的地的距離至少要大于三倍的線寬。

2）對于微帶線與帶狀線來說，特征阻抗與板層的厚度、線寬、過孔以及板材的介電常數相關。

3）過孔會產生寄生電感，高頻信號對此會產生非常大的衰減，所以走射頻線的時候盡量不要有過孔。

當你每天在用智能手機打電話、發短信、玩兒網絡游戲、轉微博等等一系列的溝通行為的時候，有沒有想到過，這一切的一切都是通過手機上的天線模塊來實現的。如果沒有天線，智能手機將變成一臺單機游戲機。

現在你和人們聊起手機的天線，有的人甚至會問你：“天線?我的手機沒有天線，什么時代了有機還有天線。”

額。。。。。。其是天線還是有的，眼鏡貼到眼睛上就叫隱形眼鏡，天線放到手機內部就叫內置天線。

簡單說一下內置天線大體有這么兩種：PIFA天線和MONOPOLE天線。

PIFA天線如按要求設計環境結構，電性能相當優越，包括SAR(Specific Absorption Rate特殊吸收比率 ?，主要測量人體吸收手機輻射量的多少)指標，是內置天線首選方案。

適用于有一定厚度手機產品，折疊、滑蓋、旋蓋、直板機。

MONOPOLE天線如按要求設計環境結構，電性能可達到較高的水平。缺點是SAR稍高。不適用折疊、滑蓋機，在直板機和超薄直板機上有優勢。

下面來看一下幾款手機的內置天線。

三星Galaxy Note 2：

底部白色的部分就是天線模塊。

三星Galaxy S5：

紅色：SWEP GRG28天線切換模塊

橙色(大)：高通WTR1625L射頻收發器

橙色(小)：高通WFR1620接收器

iPhone 4S：

iPhone 4S也將天線放到了手機底部，但與Note2不同的是它還有外接金屬天線。

iPhone 6：

iPhone 6的天線則被移到了手機上方，同樣的，其金屬后殼被殘忍的分割開來。

最早的大哥大手機是外置天線，是低頻段的模擬信號天線，這種設計直到現在都還在被對講機采用；
2G時代，從NOKIA開始采用內置式天線，采用薄不銹鋼片沖壓而成，隨后為降低成本，后來改用FPC（印刷電路板）代替，FPC的特點是材質軟，可以貼在曲面上，還可以轉折，在空間利用率上比金屬天線有優勢，FPC天線直到目前仍然是主流的天線技術；
后來隨技術的發展，又發展出來LDS天線技術，就是直接在經過特殊處理的塑模材料上用激光雕刻出天線，這個技術在目前的中高端手機中普遍采用，通常用在主天線上，和喇叭box做在一起，以節省空間。

現在的手機由于通訊能力相當復雜，需要設計不同功能的天線，會采用不同的技術搭配使用。

MIMO

多輸入多輸出（Multi-input Multi-output ; MIMO）是一種用來描述多天線無線通信系統的抽象數學模型，能利用發射端的多個天線各自獨立發送信號，同時在接收端用多個天線接收并恢復原信息，是一種空分復用的概念。

MIMO可以在不需要增加帶寬或總發送功率耗損的情況下大幅地增加系統的數據吞吐量及發送距離。MIMO的核心概念為利用多根發射天線與多根接收天線提供的空間自由度來有效提升無線通信系統之頻譜效率，進而提升傳輸速率并改善通信質量。
MIMO技術可以應用在無線通信網絡中與基站通信，也可以應用在WiFi網絡中與無線路由器通信。我們通常用A*B MIMO來表示天線數量，比如2*2 MIMO表示2路發射2路接收，理論傳輸容量為SISO的兩倍。
在未來5G網絡中，可以預見終端會普遍采用更大數量的MIMO技術。

5G時代的天線：尺寸不變，數量增加

天線是無線通信設備上的重要部件，用來發射和接收電磁波信號。天線是一根具有指定長度的導線，可以制造在PCB（印制電路板）和FPC（柔性電路板）上。

天線的長度與無線信號的波長相關性很強，一般要求是電磁波長的1/4或1/2，比如2G時代的900Mhz頻段，電磁波長為20~30cm，天線尺寸則為7.5cm左右。

目前4G通信的波段是0.8-2.6GHz，而5G使用的主要通信頻段也在6GHz以下。因此，使用5G Sub-6G頻段的手機天線尺寸上不會有大變化，仍然會是厘米級。

不過，為了達到更高的速度要求，5G會使用更多根天線，即MIMO技術，例如4×4 MIMO就是有4個發射端天線，4根收集端天線。

而天線數量的增加，則將會要求多個天線之間的形狀重新排布，對手機后蓋和走線提出新的要求，以達到更好的效率。華為mate30 pro 5G一共集成了21根天線，其中包括14根5G天線。

審核編輯：黃飛

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