PCB天線的發展演變———-單極子天線

半波偶極子天線 單向偶極子天線（鞭狀天線、倒L天線）

方向性：2.15dB 方向性：2.15dB+3dB

輸入阻抗：73.2歐姆 輸入阻抗：37.6歐姆
倒F天線：由倒L天線演變而來，為了解決倒L天線沒有參數調節輸入端的輸入阻抗。

發展思路：倒L天線輸入端電流最大，電壓最小。而末端電流最小（0），電壓最大。根據阻抗定義：R=V/I，輸入端輸入阻抗小，輸出端輸入阻抗大，可見天線的輸入阻抗是逐漸增大的，即總有一點滿足輸入阻抗的值為50歐姆，這樣就可以滿足標準的50歐姆阻抗，可以調節饋點位置，來調節輸入阻抗。為了減小天線尺寸，可采用蛇形天線

設計天線應該考慮的問題：

1.天線工作頻率的決定因素是天線的長度。天線長度介于1/4介質波長和1/4自由空間波長之間

2.PCB板材（通常都是FR4，Er=4.4）

3.PCB板厚

4.PCB 板參考地平面的尺寸

5.天線走線的寬度。

6.天線位置

7.外殼

HFSS設計環境

軟件版本

HFSS v 15.0

求解類型（solution type）

Driven Terminal

激勵類型

Lumped port

背景邊界條件

Radiation

2.4Ghz藍牙和wifi天線設計

工作頻率

Bluetooth/wifi工作于2.4Ghz1SM中心頻率取2.45Ghz

PCB板信息

介質材料：FR4 Er=4.4

板厚：1mm

天線走線寬度：1.6mm

PCB板尺寸：65mm×40mm

參考地大小：40mm×40mm

天線長度：

2.45Ghz時1/4各自由空間波長：30.6mm1/4個FR4介質波長：14.8mm

取二者中間值22.7mm 其中垂直長度8mm，水平長度14.7mm

創建參數化模型 便于參數掃描分析

分析天線長度和諧振頻率 找出天線工作于2.45Ghz對應的準確長度

分析PCB相關參數變化，對天線性能的影響

1.分析PCB 板厚對天線性能的影響

2.分析地平面大小對天線性能的影響

3.分析天線線寬對天線性能的影響

4.分析天線總長度對天線性能的影響，垂直長度和水平長度變化對天線性能的影響

HFSS實操

打開hfss軟件

插入一個hfss設計

對于PCB天線來說，我們最好使用終端驅動求解類型，所以將求解類型設置為終端求解類型

HFSS→Solution Type→ Driven Terminal

接下來就是創建PCB天線的模型，在創建模型之前，首先設置一下長度單位，當前系統默認的長度單位是mm，所以可以不用修改，如果不是可以從Modeler→Units→Select Units（mm）
定義一系列的設計變量

Hfss→design properties→Add

此處添加一個變量

H—Sub來表示PCB班的厚度

W：天線走線寬度

H：天線在垂直方向上的長度

L：天線在水平方向上的長度

Gnd_x:參考地的長度

Gnd_y:參考地的寬度

如下Add以下變量

創建天線模型

首先創建PCB板的介質層：

單擊創建長方形的快捷方式，創建一個任意大小的長方體。雙擊創建的Box1

更改數據

name更改為Substrate

materials→Edits搜索FR4雙擊選中FR4_epoxy

color→從基本顏色中選擇墨綠色（4行3列）

Transparent→選擇0.4

雙擊CreateBox打開Command對話框設置位置坐標和大小尺寸

Position是設置這個長方體的頂點坐標。XYZ分別是設置長方體在XYZ方向上的長度，也就是長方體的長寬和高。

將參數設置成下圖：
接著創建天線的走線部分

天線的走線部分是位于介質層的上表面，所以天線的走線是位于z=0的這個平面上。

單擊創建長方形的快捷方式在z=0的平面上創建一個矩形。
創建好之后，雙擊新建的矩形面名稱，打開他的屬性對話框，更改他的名稱為ILA，將它的顏色設置為銅黃色
在雙擊CreateRectangle將里面的參數設置為如下所示
單擊創建長方形的快捷方式在z=0的平面上創建一個矩形。移動鼠標到剛剛創建的長方形的頂點位置，當鼠標光標變為四方形的時候就表示捕捉到矩形面的頂點，點擊新繪制的矩形的CreateRectangle，將參數改為如下圖所示：
接下來按住鍵盤上的ctrl鍵，單擊ILA和 Rectangle1同時選中兩個矩形面，然后進行units合并。

以上步驟將天線走線部的天線模型制作好啦！天線的走線是位于介質層的上方的。接下來創建PCB 的參考地，位于介質層的下方，

單擊創建矩形面的快捷方式，在任意地方設置一個矩形框。雙擊 Rectangle2將參數改為如下圖所示：

雙擊CreateRectangle命令更改參數如下圖所示：
設置天線的端口激勵，將天線和參考地連接起來。

單擊創建矩形面的快捷方式，捕捉天線頂點（原點）來繪制出一個任意大小的矩形面。將參考地和天線連接起來。

雙擊新建的Rectangle2,將name更改為port。

雙擊他對應的CreateRectangle，將里面的參數改為如圖所示

將平面設置為理想導體：點擊圖中的ILA天線，右擊鼠標選擇Assign Boundary→Perfect E，單擊OK

把選中的天線平面設置為理想導體平面，接著我們要把參考地平面設置理想導體平面，點擊圖中的Gnd平面，右擊鼠標選擇Assign Boundary→Perfect E，單擊OK，就把參考地平面設置理想導體平面，效果圖如下
然后我們選中port這個矩形面，把這個端口設置為集總端口集令，右擊端口，選擇Assign Excitation→Lumped Port勾選Gnd，把Gnd設置參考平面

點擊HFSSDesignl→Excitations→1→ILA_T1

更改參數如下圖
這樣就把天線模型創建好啦！

不過要想分析天線類的輻射分析，就要創建一個空氣盒（airbox），并更改空氣盒的輻射邊界條件。空氣盒于天線的距離要大于1/4自由空間波長。即30.6mm，創建一個長方體模型。點擊Box將參數更改為下圖所示
在雙擊Creat box，將里面的參數更改為如下圖所示：
在圖中選擇airbox，右擊鼠標選擇Assign Boundary→Radiation，點擊OK
接下來添加求解分析，右鍵單擊控制室下的Analysis→Add Solution Setup，將參數改為如下圖所示
右鍵點擊Setup1，點擊Add Frequency Sweep，將參數設置如下圖所示：

到這里我們完成了天線的設計了，點擊調試，右鍵點擊Analysis，進行天線仿真。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的HFSS —2.4Ghz蓝牙和wifi天线设计的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。