IoT物聯網天線的設計步驟

-以WiFi 2.4g天線為例

關鍵字： [AntennaHome](http://www.antennahome.com) , Antenna ,PCB antenna ,HFSS , 天線設計

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**物聯網天線設計，大概步驟：**

一、理論計算：根據電磁波傳輸理論，計算對應頻率天線的電氣尺寸；
二、EDA工具仿真： 根據理論尺寸及設計，用專業軟件來計算天線的參數；
三、樣品制作：依據仿真設計輸出天線的尺寸、用料等；
四、實驗室測試：測試實際樣品的S11參數、輻射參數；

以WiFi內置PCB天線為例（見圖0），詳細展開以上個各步驟，如下：
天線，是電磁波接收發射設備，起到電場轉磁場、磁場轉電場的作用。傳輸信號，但不能放大信號！
天線的電氣尺寸，與波長相比擬。通常偶極子天線的兩臂長度尺寸約等于λ/4。多數其他形式的天線都是偶極子天線的變型。

( 圖0 )

一．理論計算：根據電磁波傳輸理論，計算對應頻率天線的電氣尺寸； 某種頻率的電磁波在介質里的傳輸波長，計算公式為： λ=C/f , λ為波長，f為頻率，C為介質中的傳播速度 其中C=C0/√εr C0為電磁波在真空中的傳播速度，等于光速；εr為介質的相對介電常數；

WiFi的頻率為2.4~2.483 GHz,介質為PCB（FR4的相對介電常數為3.6~4.4)，其λ/4的尺寸為：
λ/4=3.0 x 10^8 /(2.45x10^9 x √4.4 x 4)=0.0139米=13.9mm

(注：以FR4=4.4計算，但實際工程量產的數值，需要進一步跟PCB板廠確認。根據經驗，‘13.9mm’這個值實際中在18~26mm之間。）

二．EDA工具仿真： HFSS是專業的射頻仿真軟件，常用于天線設計； HFSS仿真軟件，可以依據天線的用料及尺寸，計算出對應的天線參數。此案例中，我們定義為天線的形式為PIFA天線，兩臂長度在18~26mm選取。通過軟件計算最終得出對應的天線尺寸。從而輸出到下一步，為天線制樣提供物理尺寸。 HFSS仿真軟件，大概步驟，建模(選定天線用料及尺寸）、設定計算條件（比如，驅動模式、頻率起始、饋電模式、等）、計算及輸出結果、（可調參數優化計算）； 具體操作及實現步驟非本文重點，故略之。
< 本實例，天線的用料及尺寸為，PCB 20x20mm，板厚T=1.0mm； 輻射陣子(PCB鋪銅區域)，取為不規格弧形區域，見下圖1；

( 圖1 )

仿真后的參數結果為，見圖2；

( 圖2 )

三．樣品制作：依據仿真設計輸出天線的尺寸工程圖紙，以制作樣品； 本實例天線形式為PCB+cable+IPX接頭，Cable+IPX接頭為標準品，因此主要輸出PCB及其線路圖(天線輻射臂）。

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( 圖3 -1)

( 圖3 -2)

設計完成后，輸出PCB板子GERBER文件，到嘉立創平臺打板PCB樣品，同樣好用、快捷、還便宜，分享一二，如圖4；

( 圖4 )




四．實驗室測試：測試實際樣品的S11參數、輻射參數
PCB板子到手后，焊接天線，來做實際的物料指標測試；
S11參數測試，對應的儀器為 網絡分析儀；
輻射參數(增益、效率、場型圖）測試，3D微波暗室測試；

測試結果為
【S11參數】

( 圖5 )

【輻射參數】
增益 、場型圖

( 圖6 )






結論：
該案例完整闡述了IoT物聯網天線的設計步驟，以及測試方法、測試環境(設備及儀器)。 理論設計與實例測試，相互印證。 清晰、明了，對天線從業者、初學者，有著指導作用！


注：本文為個人經驗之總結與分享，不見得完全正確、完美！歡迎交流指正！ 轉載請標注AntennaHome.com ；

總結

以上是生活随笔為你收集整理的(IoT物联网)天线的设计步骤 - 完整收藏版的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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