天线

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PCB贴片天线知识全解析 - 合宙LuatOS - 博客园

天线是无线智能设备核心收发部件，当下WiFi、蓝牙等无线设备普及，天线性能直接决定使用体验，选型需兼顾性能与成本综合考量。

分类

PCB板载天线

这种天线成本低，但性能会稍微差一点。PCB板载天线也有几种形式。

倒F型天线(PIFA)

The Planar Inverted-F Antenna (PIFA) is a compact, low-profile antenna widely used in mobile devices, featuring a flat radiating element above a ground plane with a shorting pin to achieve quarter-wavelength resonance.

下面这个是上面平面倒F的PCB板载天线的变种，由于空间不够，扭曲一下。
此倒F天线PCB设计都有哪些需要注意的问题？
我们首先要知道这个射频知识，对于射频，任何铜箔，导线都不能看成是简单的导线，他是由很多阻容电路组成的一种等效电路，你看到短路的，对于射频就不是短路。以这个思路我们看看这个倒F天线的PCB设计。
如下图所示：

这里有六点要注意：

1、这个倒F天线，不是随便画的，网上有专门的这种天线的库，拿过来，按要求放上去就好。如果空间不够，那就是自己通过仿真自己制作了自己专用的天线了
2、RF馈点这里引出来的线阻抗必须做到50ohm
3、接地馈点必须接地牢靠
4、地平面必须要多打地过孔，如上图所示，这个过孔间距多少合适的话，大家找一下可以看看
5、天线这里所有层铜箔必须净空
6、天线必须放在PCB板的角落里，最好三面都是空的，如图所示，上面三面都是空的

手机上的天线叫平面倒F天线，原理上是用一个平面接上一个接地平面馈点，与RF馈点组成，如下图所示：

上图从左下方RF馈点这个箭头看过去，就是一个倒F。同样是倒F结构，但手机中的天线采用的是平面结构，这个倒F天线就比PCB板载天线性能就会好很多，这样空间又比较少，成本又低，对于手机天线是最好的选择。
实际的天线如下图5所示

实际上这个平面对于不同手机有很多种形状，原理就是平面倒F结构，在这个平面上一个是接RF，一个是接地馈点就组成了平面倒F天线。

上图就是不同手机天线。他们的原理都是平面倒F天线

倒L形天线

此倒L形的需要注意的问题跟前面的差不多，倒L型天线没有倒F型天线效果好，因为倒F天线有一个接地馈点，能有效调节频点。

市面上有不少PCB板载天线，主要是上面两种，还有一些如下面的图所示：

贴片陶瓷天线

这种天线做成了贴片元件，如下图所示

这种天线一端是接RF，一端是接地。陶瓷天线原理，就是通过一根叫做“天线”的电极将天线与地之间形成的高频电场变成电磁波，从而能发射出去并传波到远方。

PCB最好的布局布线方式就是以下方式

把陶瓷贴片天线放板边，一边接地，一边连RF信号，下面所有层铜箔都掏空（白色框所示区域）这样四个方向，至少2个方向都是空的，对天线的效果很好，不要忘记接地铜箔都要打上接地过孔，打多一点。

棒状天线

此种天线如下图所示，这种天线效果最好，它是置身于空间，辐射效果最好，但成本也是贵一点，占用的空间也大，只能是露在机壳外面。

这种天线在PCB设计时要注意的问题

1、如果RF引线短，RF信号线下面所有层都要净空，如图所示，如果引出线比较长，那还要控制一下这根引出线的阻抗，多层板的话，需要把他下面的第二层净空，其它层铺完整铜，然后隔层参考地做阻抗，（为什么要隔层参考？）阻抗控制在50ohm.如图所示。
2、附近的接地铜箔必须接地牢靠，也就是要多打地孔。

PCB

布局参考

• 天线位置：应放置在PCB板边，优先放置在四周角落，避免放置在PCB中心区域，如果使用外置天线，反馈线应远离其他信号线；
• 净空区设置：禁止在天线区域放置任何器件以及导线，保持天线区域净空；
• 元件间距：天线远离干扰器件，比如CPU、DC-DC、USB、Flash等有传输高频信号的电路，布局时放到不同一侧；
• 匹配电路：射频电路需预留π型匹配电路，靠近芯片端放置，布局时也需按π型结构摆放；

布线参考

• 走线方式：走线长度尽可能短，减少信号损耗和干扰。走线时避免锐角，使用钝角或圆弧走线，减少信号反射；
• 铺铜与隔离：天线走线周边需要包地处理，并在周围打接地过孔包围射频线，增强屏蔽效果；
• 走线宽度：射频走线时保持50Ω单端阻抗，保证相邻完整地平面，在两层板时适当加粗走线一般在20mil以上；

电路

这两个电路是两种完全不同定位的射频天线前端设计，核心差异来自天线形态、应用场景和设计目标，下面分别解析并对比说明。 ### 一、两个电路的各自功能与结构 #### 1. 第一个电路：外接天线的射频通路 这是外置天线的连接与防护电路，用于对接外部独立天线。 - 核心链路：射频芯片引脚 ANT_MAIN → 0Ω电阻 R2410 → 射频座 SP2400（外接天线接口）。 - 关键器件作用： - R2410（0Ω）：预留的串联调试位，可更换为电阻/电感用于阻抗微调；默认0Ω相当于直连，不影响信号传输。 - D2401（PTUC0521NC）：ESD/TVS静电保护器件，并联在信号线上泄放静电、浪涌电压，保护后端射频芯片。 - C2418 / C2419（NC/10pF）：预留的对地匹配电容，默认不焊接（NC=Not Connect），仅在天线阻抗偏离50Ω时，选配对应容值做匹配调试。 - SP2400：射频连接器（通常是IPEX/UF.L座），用于外接天线（棒状天线、FPC天线等）。 - 设计目标：在50Ω标准阻抗的基础上，提供外置天线的物理接口，同时解决外露接口的静电防护问题，预留调试位适配不同外接天线。 #### 2. 第二个电路：板载天线的阻抗匹配电路 这是板载天线的LC阻抗匹配网络，直接连接PCB上的天线辐射体。 - 核心拓扑：板载天线 E1 → 对地电容 C10（1.8pF） → 串联电感 L3（1.8nH） → 对地电容 C11（1.8pF） → 射频芯片 ANT 引脚，属于典型的π型LC匹配网络。 - 关键器件作用： - E1：板载天线辐射体（PCB天线、陶瓷天线等，直接做在电路板上）。 - π型LC网络：核心作用是阻抗变换——板载天线受PCB布局、周边器件、产品结构影响，阻抗通常偏离标准50Ω，通过电容+电感的组合，把天线阻抗匹配到射频芯片要求的50Ω，实现最大功率传输；同时兼具低通滤波作用，抑制高频杂散。 - 设计目标：针对板载天线的非标准阻抗做精准匹配，最大化射频收发性能；因天线在产品内部，无外露接触点，故省略ESD防护。 ### 二、核心区别对比 | 对比维度 | 第一个电路（外接天线通路） | 第二个电路（板载天线匹配） | | :— | :— | :— | | 天线形态 | 外置独立天线，通过连接器连接 | 板载天线，辐射体集成在PCB上 | | 电路核心功能 | 信号通路+静电防护+预留匹配 | 精准阻抗匹配+滤波 | | 拓扑结构 | 串联0Ω电阻 + 并联ESD器件 + 预留电容 | π型LC网络（串电感+双并电容） | | ESD防护 | 有专用TVS/ESD保护器件 | 无专用防护器件 | | 匹配设计 | 预留NC器件位，默认直连，按需调试 | 固定参数LC网络，主动做阻抗变换 | | 物理接口 | 带射频连接器，可插拔天线 | 无连接器，天线与主板一体 | ### 三、为什么设计不一样 两者的差异本质是应用场景与设计优先级不同： 1. 风险与可靠性需求不同 外接天线有外露的接口和线缆，插拔、人体接触会带来很高的静电（ESD）损坏风险，因此必须加入ESD防护器件；板载天线封闭在产品内部，没有人体直接接触的路径，ESD风险极低，省略防护器件可以降低成本、减少布线损耗。 2. 阻抗匹配的需求强度不同 外置天线（标准棒状天线、IPEX天线模组）出厂时通常已经调试到标准50Ω，因此通路默认0Ω直连，只预留匹配位做少量微调； 板载天线的阻抗受PCB材质、走线、周边金属器件、产品外壳影响极大，几乎不可能天然匹配50Ω，必须通过LC匹配网络做精准的阻抗变换，才能保证发射效率和接收灵敏度。 3. 产品结构与定位不同 外接天线方案多用于金属外壳、屏蔽环境、对信号强度要求高的设备，需要把天线伸出到信号好的位置； 板载天线方案主打小型化、一体化、无外露部件，多用于消费级内置天线产品，依靠匹配电路来弥补板载天线的性能局限。