PCB天线类型

PCB天线结构可以是单极、偶极、槽形、贴片和平面倒F(PIFA)。

（一）偶极和单极天线

偶极天线由两个四分之一波长(λ/4)长的金属条组成，总电长度要求为载波频率下半波长(λ/2)，以实现最大响应。由于蓝牙和Wi-Fi等传统协议的广泛使用，许多天线文献专注于2.4GHzISM频段的天线设计。在2.4GHz时，偶极天线的长度约为6cm，对于某些应用来说可能过大。全向辐射方向图具有垂直于其长度（z轴）的集中电磁能量，中间（沿z轴）具有零点。这通常需要将其放置在垂直方向以获得最大水平覆盖范围—对于打算在物联网设备中使用偶极（或单极）天线的设计人员来说，这是一个需要慎重考虑的因素。

偶极天线，2.4GHz，增益为2dBi

添加接地元件，消除了偶极的一个臂，从而形成了一种包括单个四分之一波长导电元件并由接地元件充当另一个四分之一波长臂的结构。类似于镜子，接地元件可生成与导电元件相同（相同的电流流动方向和相位）的辐射模式的“虚拟图像”。为了使接地元件发挥最佳功能，必须保证其远远大于半波长。有限接地元件会导致辐射波的边缘衍射，从而导致电磁能量从边缘径向向外移动并泄漏到接地元件后方。

理想情况下，对于感知上无限的接地元件，四分之一波长单极天线的增益应为半波长偶极天线的两倍，因为接地元件仅向其上方的区域辐射。这会导致形成某种程度的“提升”模式。再次沿导电四分之一波长元件的长度（z轴）创建一个零点，显示出理想的垂直方向。

（二）弯曲单极天线

L形（或倾斜鞭状和倒L）、平面倒F(PIFA)和曲折倒F(MIFA)等结构的弯曲单极变体利用的是相同的接地元件和导电臂方法，但导电臂模式不同。走线的弯曲可使尺寸更紧凑，以及减少辐射方向图中的零点。然而，在这些设计中，天线走线通常不能离地太近，以免导致天线充当没有任何辐射的传输线。

在这些变体中，PIFA最为常见，因为其具有较小的PCB面积和宽带宽性能。如图3所示，PIFA在主谐振线上有一个折叠，该折叠引入了一个电容，被线末端的短路馈电点抵消。通过调整A、B和C的长度获得与天线馈源匹配的阻抗，其中A和C的尺寸对四分之一波长元件有利，而B则针对匹配阻抗进行调整。还可以纳入外部匹配网络以进行额外调整。

/MHz，MIFA天线，增益为2dBi

MIFA天线（见图4）增加了总长度并通过不同方向的走线/线压缩实现共振，因此类似于螺旋形天线。在MIFA中，水平线和垂直线形成了多个转弯。与PIFA一样，通过调整曲折线内的几何形状来完成调谐。这有效地减小了天线的尺寸。但是，有利就有弊，其他方面可能会受到影响，例如增益降低且范围因此而缩短，调谐的依赖性增加且带宽因此而变得更窄，以及对来自外部源以及板上本地电子元件干扰的敏感性增加。

（三）偶极天线变体

印刷偶极天线主要面临尺寸上的劣势。这尤其与低频相关；在这里，单极天线元件的优势在于其可以潜在放置在电路板的一角，接地元件既用作天线的射频地平面/返回路径，又用作物联网模块的本地电气组件的接地元件。然而，随着工作频率的增加，这一劣势就不再那么突出了。此外，可以与弯曲单极天线结构一样采用不同的偶极模式来增加带宽和减小尺寸。

平面锥形偶极或碟形天线

使偶极臂逐渐变窄是一种已知的带宽增强技术。例如，平面锥形偶极天线（表现得如同均匀的锥形传输线。当射频信号施加在馈源上时，电流会径向向外流动并形成一个封闭的磁场。然而，电流在蝶形边缘突然终止，导致与其3D双锥形相比，反射更多，带宽更窄。尽管如此，相对于其他偶极天线，该天线可以在较大的频率范围内实现相对恒定的阻抗和增益。图5中的天线在大带宽（4.9至5.9GHz）上表现出高增益(4.5dBi)。

沿着在弯曲单极四分之一波长天线中发现的相同推理路线，可以通过弯曲偶极元件的导电臂得到更小的外形尺寸。如前所述，这优化了Q值，但会降低整体带宽和效率。因此，在应用中使用自谐振节省空间的技术（例如螺旋形或弯曲形的导电臂）必须权衡利弊。

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