433MHz PCB天线仿真 (一)

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印刷天线以其介质基底薄、制作成本低等先天优势逐渐称为了无线通信技术领域的重要分支； 印刷天线是将辐射贴片印制在介质基片上而形成的一种天线形式，如下图所示； 图a 为贴片型印刷天线 图b 为行波印刷天线 印刷天线主要包含馈电部分与辐射体两部分，馈电的主要形式有耦合馈电、微带线馈线等，辐射体主要为蚀刻在介质基板上的微带线或者导体贴片。以导体贴片为例，其辐射主要来自导体贴片边缘所激励其的电磁场，电磁产在接地面间的的缝隙和导体贴片的四周向外辐射，因此，印刷天心啊的结构特点和辐射方式决定了其不同与普通外置天线的诸多优点； 如：辐射体结构灵活、质量小、设计和制作成本低，馈电网络和天线可集成制作，印刷天线的自身特点也决定了它具有增益和带宽不足、辐射损耗大、容易受介质影响等先天缺点。

印刷天线经过数年的研究已经发展出了如倒 F 形印刷天线、环形印刷天线、 螺旋形印刷天线经典结构方案，而这些结构方案大都是以单极子天线为基础发展 而来。所谓单极子天线， 是一种具有四分之一波长的电子天线。 对于 1GHz 以上的 高频段而言，其 1/4 波长小于 80mm，这给 1GHz 以上的微型化印刷天线的设计提 供先天的优势。然而，对 433MHz 以下的频段而言， 由于本身波长较大，因此要实现 印刷天线的微型化，就必须考虑其他的技术手段。 目前国内外实现 433MHz 印刷天线小型化设计的主要技术有短路加载技术、无源集总元件加载技术、曲流技术和采用具有高介电常数的介质材料。

根据单极子天线的设计经验，单极子天线的长度为1/4个自由空间波长，因此，任何以单极子天线为基础而设计的天线，其长度也为1/4工作波长。然而作为印刷天线，其辐射贴片是蚀刻在PCB介质层上的，因此必须要考虑天线辐射近场区的介电常数变化。因此，在印刷天线的设计中，为了使印刷天线达到最好，其长度必须介于1/4个自由空间波长和1/4个介质层导波波长之间。 由上述公式可知，433MHz使用单极子形式进行设计，其长度大致介于86.5~173mm之间

结合上述分析，采用倒 F 天线的一种变形形式进行天线设计，天线占地尺寸为20*40mm 该天线属于 1/4 波长单极子蛇形印刷天线 线的一种变形结构， 它融合了传统的外置型螺旋天线和单极子蛇形印刷天线的结构特点，采用微带线通过贯穿介质基片来模拟螺旋天线的走线，其中介质基片上下两层的走线端采用半径为0.3mm的铜孔连接，这使得天线既增加了电流路径的有效长度又节约了天线走线所需要的空间。 相对于传统单极子天线,采用两层结构的印刷天线可以有效增加天线的物理长度，又能最大化的减小天线的占用面积。同时，位于两个天线层中间的介质基片，可以抑制两个天线层之间的电磁干扰和垂直相反方向的电流引起的增益抵消，从而增加天线的增益特性。 模型建立如下图所示 即使增加短路枝节，天线频率以及阻抗仍然难以满足要求，因此需要增加RLC 阻抗匹配网络，本次设计使用 L 型匹配网络，直接在模型中设置需要串联或并联电容的值，进行仿真设计； ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/40e02f80e6304d90a01130cde54c25ed.png 经过仿真优化分析： S11参数 Smith圆图 3D方向图 2D图 阻抗参数 电流（ps：增加短路枝节虽然可以调整阻抗，但是短路枝节电流较大，不知道会不会影响增益；） 结束语： 仿真文件各位可以自行下载： https://download.csdn.net/download/weixin_44010961/88867022 本文仅供学习参考、如有侵权，请联系删除； 本文设计只提供思路并进行仿真，未进行PCB打样设计，实际使用时应根据天线环境、天线匹配、PCB大小等因素进行匹配； 谢谢！