本文是其中的一部分TechXchange：天线设计101.
本文出现在Microwaves＆Rf.并已通过许可发布。
天线对周围环境很敏感。因此，当PCB上有天线时，设计的布局应该考虑到天线的要求，这对设备的无线性能有很大的影响。当把天线集成到新的设计中时，应该小心。甚至PCB的材料、层数和层厚度都会影响天线的性能。本文讨论了一些基本的设计概念，这些概念将帮助设计者从天线获得卓越的性能。
定位天线进行性能
天线在不同的模式下工作，根据单个天线的辐射方式，它可能需要被放置在特定的位置——沿着PCB的短边，长边，或在一个角落。
PCB的角落通常是放置天线的最佳位置。这是因为一个角的位置允许天线在五个空间方向上有间隙，而天线的馈源位于第六个方向(图1)．
天线制造商提供不同位置的天线设计选择，因此产品设计师可以选择最适合他们布局的天线。通常，制造商的数据表将显示参考设计，如果遵循，将提供最佳性能。
4G和LTE的产品设计通常使用多个天线来构建MIMO系统。在这种设计中，多个天线同时使用，天线通常放置在PCB的不同角落(图2)．
遮挡区域
重要的是不要在天线附近的近场直接放置任何组件，因为他们可能会干扰它的性能。因此，天线规范将说明不允许进入区域的大小——这是指天线附近和周围必须远离金属物体的区域。这将适用于PCB的每一层。此外，任何组件，甚至安装螺钉，都不应该放置在这一区域内的任何层的板。
天线辐射接地平面，地面平面与天线操作的频率有关。因此，允许所选择的天线接地平面的正确尺寸和空间是首要任务。
地面飞机
地平面的尺寸还应考虑到与设备通信的任何导线以及为设备供电的电池或电源线。如果接地面尺寸合适，可以保证设备连接的线缆和电池对天线的影响较小(图3)．
一些天线是依赖的接地平面依赖性的，这意味着PCB本身成为天线的接地部分，以便以平衡天线电流，并且PCB的下层可能影响天线的性能。在这些情况下，重要的是不要将电池或天线附近的LCD放置。
制造商的数据表应始终指定天线是否需要接地平面辐射，并且如果是，则需要所需的地面平面的大小。这可能意味着间隙区域应围绕天线。
靠近其他PCB组件
至关重要的是要让天线远离其他可能干扰天线辐射方式的组件。需要警惕的物品是电池;液晶显示器;金属部件，如USB、HDMI和以太网连接器;与噪声或高速开关元件有关的开关电源。
天线与另一个分量之间的理想距离随该分量的高度而变化。作为一个规则，如果一条线是画在8度的角度，从天线的基础上，组件将在一个安全的距离，如果它位于这条线以下的天线。图4.显示使用USB连接器的外观。
如果附近的其他天线工作在相似的频率，影响可能是使两个天线失谐，因为他们影响彼此的辐射。我们建议将天线在1ghz以下隔离至少- 10db，在20ghz以下隔离至少- 20db。这可以通过增加天线之间的距离或旋转它们，使它们彼此之间的距离达到90度或180度来实现。
设计传输线
传输线是射频线，它携带射频能量往返于天线，将信号传递给无线电。传输线的设计需要是50 Ω，或者它可能会将信号反射回无线电，导致信噪比(SNR)降低，这可能会检测到无线电接收器。用电压驻波比(VSWR)测量反射波。一个好的PCB设计将展示一个合适的驻波比测量，这可以在天线测试时测量。
我们建议小心设计传输线。首先，传输线应该是直的，因为如果它有角落或弯曲，则这些可以有助于损失。可以通过沿着迹线的两侧均匀地放置通过均匀地放置天线性能的噪声和信号损耗来最小化，因为这些有助于通过沿附近迹线或地面层隔离行驶的噪声来提高性能（图5）．
更薄的传输线可以更大。RF匹配组件和传输线的宽度应用于调谐天线以以50Ω的特性阻抗操作。传输线的尺寸可以影响性能，并且传输线应尽可能短，以允许天线执行良好。
可以在此处找到计算接地 - 共面 - 波导（GCPW）传输线的自由工具：https://blog.antenova.com/rf-transmission-line-calculator
如何实现更好的性能？
如果您允许正确的地面平面并将天线放置在最佳位置，您已经开始良好，但更多可以提高天线性能。您可以使用匹配的网络调整天线 - 这将为任何可能影响天线性能的因素进行一些补偿。
射频的关键部件是天线、匹配网络和射频输出。将这些元件放置在接近位置的配置将使信号损失最小化。同样，如果您的设计包括匹配的网络，那么如果天线的跟踪长度与制造商的产品规格中指定的长度匹配，则天线的性能最佳。
PCB周围的外壳也可能产生差异。天线信号不能通过金属行进，因此将天线放置在金属壳体内或金属性质的情况下不会成功。
同样地，小心放置天线接近塑料表面，因为这可能是非常有害的天线性能。一些塑料，如玻璃填充尼龙，是有损耗的，并抑制射频信号到天线。塑料比空气具有更高的介电常数，这可能会严重影响信号。这意味着天线将记录一个更高的介电常数，从而增加天线的电气长度，并降低天线辐射的频率。
我们建议使用高质量的FR4电路板——它们将不太可能产生任何射频性能问题。
阅读更多文章TechXchange：天线设计101.
Geoff Schulteis是一个RF天线应用专家Antenova有限公司
