一种高效率的板载倒F天线设计与研究

胡泽坚

（1.高创（苏州）电子有限公司，江苏 苏州 215200；2.北京京东方营销有限公司深圳分公司，广东 深圳 518000）

Wi-Fi参数对Wi-Fi的性能是非常重要的。共轭匹配是当信号源内阻和负载含有电抗成份时，信源阻抗与负载阻抗要满足共扼关系，即电阻成份相等，电抗、成份数值相等而符号相反，这时负载取得最大功率。

当信源和负载电抗成分为零时，阻抗匹配与共轭匹配就没有区别了。

引入反射系数、回波损耗、驻波比参数来表示匹配的程度，下面是Wi-Fi参数以及转换的过程。

1 反射系数S11

常说的S11是网络端口1的反射系数，一般指输入反射系数，S22是指端口2输出反射系数。反射系数量化反映了信号的反射情况，这个值越小越好，Wi-Fi要求一般都要做到

2 回波损耗

回波损耗是指以功率来表示信号的反射情况，是反射功率与入射功率之比，以dB为单位。回波损耗的值在0dB到无穷小，回波损耗越小则匹配越好。

3 VSWR驻波比

VSWR：波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比，是射频技术中最常用的参数，用来衡量部件之间的匹配是否良好。

4 换算公式

Wi-Fi阻抗匹配要求为50Ω，其2.4G-2.5G之间阻抗匹配允许在25Ω-75Ω之间。计算50Ω传输线特性阻抗，如果阻抗变为是75Ω时各个参数：

计算结果表明在标准范围内，25Ω计算上面反射系数、回波损耗、驻波比也是同样的值，因此25Ω-75Ω阻抗范围内是可以接受。

基于上面的指标。本文的设计是采用板载天线，其一致性和可生产性都大大超过原来的天线。电磁波在真空中的传播速度为3×108米/秒，是最有利于辐射[1]，2.4GHz频率在真空中的波长12.5厘米，波长3.125厘米，实际中根据PCB介质波长会有变化，根据实际进行模拟仿真和测试。为该板载天线在主板PCB上面的形状如图1，为倒F天线2.4GHz、5GHz双频天线，这里只应用在2.4GHz上面，且是根据实际PCB结构而设计。PCB板子上面的介电常数与真空不一样，实际调试为准。

图1 板载天线形状

采用ADS[2]工具进行模拟仿真测试，仿真出来的S11，m1点其S11可以达到-21.68dB如图2，远远高于比-10dB以下。史密斯图m2接近中心点50Ω，阻抗已经完全匹配，如下图2：3.4728dBi，其天线效率：2.445/3.4728=70.5%，达到60%以上就是达到设计要求，效率在80%以上的天线就非常好一般只有外置偶极子天线才能够达到的水平。

图2 S11指标

可以看图3（a）接收和（b）发射的电流走向，亮度较亮的位置就是电流较强的位置，箭头为接收和发射的方向：

图3 WiFi电流流向

图4为方向图[3]，相对于平放的主板，为垂直方向和水平方向的苹果图

图4 方向图

从上面性能来看，跟使用倒F型硬PCB板天线对比，在实际中测试效果其性能基本一置。由于外置倒F型硬PCB板天线需要人工焊接，再贴在机壳内壁上面，不仅人工成本高而且人工焊接同轴线、安装天线容易引起焊接不良，也容易扯断同轴线导致Wi-Fi性能差。板载天线是直接制作在主板PCB上面，不需要外拉同轴线，一致性得以保障。因此板载天线有着比较高的优势。