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【案例分析】天线设计教程:2.4GHz对称偶极子

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内容:案例分析(电路系统分析、电路原理设计、器件选型与评估 、软件仿真、PCBLAYOUT、调试分析、测试等)

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导语:之前的文章讲了很多和天线有关的东西,但是天线到底是怎么出来的呢? 到底是如何设计的,又是如何修改调试的呢?本期小编将为大家带来天线教程,手把手教你如何制作2.4G对称偶极子天线!
 
首先我们先要准备一下制作天线的工具和材料:

工具:刻刀、烙铁、铜箔、尺子、剥线钳;
材料:一块空白的PCB板子、带I-PAX头射频线一根、焊锡丝若干;
仪器:矢量网络分析仪一台;

 
 
 
东西已经备齐,接下来就该开工了
 
我们要做的是一个2.4GHz的天线,上一篇文章我们讲过如何通过频率来计算天线的长度。2.4GHZ wifi天线用的频段是2.4GHz~2.5GHz,中间频点为2.45GHz;频率知道了那么套用公式λ=c/f,算出波长λ≈0.122m 四分之一波长的话就是30.5mm。
 
本期我们要做的是对称偶极子天线,偶极天线由两根导体组成,每根为1/4波长,即天线总长度为半波长。所以偶极子天线又叫半波振子。
 
首先我们用刻刀和尺子,切出一条3mm宽,65mm长的条状铜箔,并粘贴在PCB板上。
 
然后用尺子量出两段30.5mm长的铜箔,中间段开出间隔2mm,多余部分用刻刀切掉。
 
然后把射频线剥好,焊接到铜箔上。
 
接下来就是见证奇迹的时候了,把天线连到网分上看看怎么样。
 
 
这个就是天线的驻波比了,指驻波波腹电压与波节电压幅度之比,又称为驻波系数、驻波比;驻波比等于1,表示能量完全进入天线,没有任何反射。当然这个是理想 值,所以我们设计天线的时候都是想办法将驻波拉向1,图中三个小三角处分别对应2.4GHz、2.45GHz、2.5GHz。
 
从驻波来看,此时天线的最佳谐振点是在2.1GHz附近,从之前计算天线尺寸的公式中能看出来,频率越低对应的天线尺寸越长,这里天线的最佳谐振点偏向2.1G了,即偏低频,用调试的术语就是天线“长了”。
 
既然长了,那我们就把他剪短,拿起刻刀,将2片铜箔从两头同时剪短,保持长度一致。
 
 
剪了几刀,最佳谐振点向高频偏移了一些,接下来慢慢剪短,直到刚刚好最佳谐振在2.4GHz~2.5GHz之间。
 
 
 
细心的小伙伴可能发现了,为什么调试好的天线尺寸好像不对啊,是的!比计算出来的短了一些。
 
小编跟大家说,这里主要有2个原因导致的:

 
第一个就是天线贴的PCB板介电常数比较高,介电常数高可以缩短天线的尺寸,但是却会增加信号的损耗,不同的材质介电常数都会不一样,而且厚度不同频率偏移的程度也不一样,所以这里就要注意一下,若果更改了材质或者厚度的话,一定要重新做产品性能测试;
 
第二个就是天线的宽度了,宽度增加也可以一定程度令天线谐振点偏向低频,所以长度有一定的减小。
 
好了,本期的天线教程就讲到这里!有不明白的同学可以举手(好吧我也看不见),直接来RFsister创客射频空间交流!
 
来源:RFsister
 
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