深入解析嵌入式Wi-Fi天线设计指南

shuszhao

天线最终的目的是要将射频信号辐射到自由空间，这时天线的设计就显得非常重要，但是天线设计很大程度上依赖于所安装平台的特性，另外天线对周围环境很敏感，这些原因导致很多情况下，天线对每个平台都是独一无二的设计。

随着市场竞争的加剧，硬件设备正以集成化的方向发展。天线也由外置进化内置再进化到嵌入式，我们先来介绍这类应用的天线种类：
⑴ On Board板载式:采用PCB蚀刻一体成型，性能受限，极低成本，应用于蓝牙、Wi-Fi模组集成；⑵ SMT贴装式:材质有陶瓷、金属片、PCB,性能成本适中，适用于大批量的嵌入式射频模组；⑶ IPX外接式：使用PCB或FPC+Cable的组合，性能优秀，成本适中，广泛应用于OTT、终端设备；⑷ External外置类：塑胶棒状天线，高性能，独立性,成本高，应用于终端设备，无须考虑EMC等问题；

                               
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外置天线大家都很熟知了，我们直接看看三类内置天线需要的空间：

                               
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再来总结一下空间要求和性能指标：

                               
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以上就是Wi-Fi 2.4G的天线设计参考啦！
天线最终的目的是要将射频信号辐射到自由空间，这时天线的设计就显得非常重要，但是天线设计很大程度上依赖于所安装平台的特性，另外天线对周围环境很敏感，这些原因导致很多情况下，天线对每个平台都是独一无二的设计。由于客户对天线设计所考虑的因素不太清楚，这里给出一些我们对便携设备天线设计的一些建议，便于客户更好的设计自己的电路和PCB，增加项目成功的机会。但是每个项目都有各自的特点，所以还有一些问题需要具体问题具体分析。


Wi-Fi天线对PCB布局布线和结构的要求

1.天线的形式及天线位置和馈点尺寸的建议
内置天线经常采用的几种形式分别为，分为弹片形式和chip贴片天线和FPC天线。贴片天线的形式是统一规格的，有固定的尺寸，焊盘的位置和尺寸根据具体规格的天线也是固定的。另外根据特定型号的天线有相关的天线周围净空的要求和设备尺寸的建议等设计指导意见。
如果采用弹片形式，我们建议客户采用PIFA天线作为Wi-Fi天线的形式，根据我们的经验，PIFA天线成功率和性能都要好一些。天线RF馈电焊盘应采尺寸为2×3mm，焊盘含周边≥0.8mm的面积下PCB所有层面不布铜。如果为PIFA天线，还要加一个2×3mm的地焊盘，两个焊盘之间距离为2mm。
天线通常的位置都在设备的顶部，PCB顶部开始，将此区域内的所有层的地切掉2～3mm，但属于天线地焊盘的那层的焊盘部分要保留。
2. 匹配电路布线的建议

                               
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天线匹配电路的拓扑结构为从天线开始四个件并串并串，到测试口或者Power amplifier。匹配电路下方以及匹配网络周围1.5mm区域内不要铺地。匹配网络摆放位置距离馈电焊盘放较近为好（但不要太近）。
3. 从WiFi模块到天线匹配电路的微带线
从Wi-Fi模块到天线匹配电路的信号传输线为50ohm特性阻抗的微带线。为了避免在微带线上的损耗，模块应该尽可能的靠近天线。微带线必须根据具体的PCB来决定尺寸。不允许有交叉的线在微带线和地之间通过。
4. 其他一些问题
接地：良好的射频接地对于手机的无线性能而言无疑是相当重要的，须遵循如下几个设计原则：
尽量使外层区域的地完整，不被分割破坏（非屏蔽罩之内的部分），这个对于天线附近的区域尤为重要。天线电流必须与噪声电流隔离，如果天线附近的接地区域被破坏成不完整的，必须在其下面相关区域产生一块填充地平面，并用地过孔加以缝合，使之成为完整的地。此区域走线须得保证天线电流只流过表层平面，且须限制噪声电流流进里面的完整地平面。
在使用预先生产天线时，需要注意的是其特性取决于所连接的地平面。仅当接地平面的尺寸及形状均与制造商的评估板一致时，方可达到制造商所标明的规格。在其它情况下，用户需要在实际应用条件下测定预先生产的天线的阻抗，并匹配至所需的特征阻抗。
5. 设备外壳金属成分的使用问题
不要在外壳表面使用具有金属成分的喷涂或者镀层，金属镀层不能实现可靠的接地，会对天线性能有很大影响。
不要在天线附近使用金属装饰物。
6. 纯金属结构件的使用
采用全金属结构的部件时（例如前面板或者后面板），请对所使用的部件预留多个接地点，具体的接地点位置的确定由天线设计公司来确定。
天线辐射区域上方不能有任何接地或者不接地的金属装饰物，包括电镀和镀金。
7. 给天线预留安装位置的考虑
天线的安装要远离金属物体，天线需要足够的空间来展开，如果采用chip天线，那么需要按照应用指南的要求，给出足够的净空区域和相应尺寸的地。
如果采用弹片方式的天线，应该为天线设计支架，天线固定在支架上，而支架和PCB再进行固定；或者不用支架，天线固定在外壳上面。
在进行结构设计时要考虑给出天线安装的空间和位置，并考虑在支架或者要安装天线的外壳上增加热熔柱来固定天线。
8.其他模块和天线相对位置布局的考虑
对于speaker，camera，vibrator，LCD，电池等部件和天线的相对位置，这里有一些通常的建议：
天线要远离camera和flexible PCB；
天线距离电池至少要有5mm以上的距离；
Vibrator要远离天线；
天线到屏蔽罩的距离最小为2-4mm（会引起寄生效应）；
射频开关和放大器或者双工器要尽可能靠近匹配电路区域。

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