天线和地平面

电器工程 射频 天线 地面
2022-01-22 02:49:42

我正在查看ANT-433-HETH 天线的数据表。在标有“建议的电路板布局”的框中,我看到标有“到地平面的最小距离”的尺寸为 0.5 英寸。

我一直认为你应该基本上让你的天线馈电点直接位于接地平面上方(或嵌入通孔中)......我是不是误会了?

将天线馈电点与接地平面(至少)分开一定量是一种常见的做法吗?

到地平面的最小距离的想法也引出了什么是“适当”距离的问题,因为如果地平面足够远,那么重点是什么?

4个回答

天线有很多很多不同的设计,有些设计很不寻常。天线通常使用接地平面,但这不是严格要求。环形天线和偶极子是两个不需要接地层的例子。

天线的基本要求是:

  1. 与驱动它的电路良好匹配(并且几乎总是在工作频率下谐振),因此可以将尽可能多的功率输入天线,并且

  2. 有电流沿其长度流动,因此产生的场将能量辐射到太空中。(接收天线正好是这个过程的逆向)。

第 (2) 项解释了为什么您不能只在板上粘贴一个小型谐振电路并期望它能够有效地辐射。

第 (1) 项通常属于“调谐”主题,您将天线置于共振状态或任何设计用于调谐的位置。偶极天线实际上是在中间断开的一段谐振导线,以允许插入馈电点。“地平面”天线去除了一半的偶极子并用地平面代替了它。辐射元件的电感与它和接地​​层之间的电容一起工作,形成谐振电路,使天线得到适当的调谐。当以这种方式使用时,地平面可以称为“平衡点”。

螺旋天线在一定程度上将辐射器盘绕起来,以增加电感并缩短长度。如前所述,缩短天线会影响其性能。

到目前为止,我们已经在地平面上方安装了一个盘绕式散热器。但是他们有一个与电路板平行的表面贴装版本。我无法从数据表中看出两端是否连接,但我不得不猜测一端仍然是开放的……它只是被焊接下来以便将其固定到位。如果你把这种安排太靠近接地层,它会增加电路的电容并使其失谐到较低的频率。一些能量也将耦合到地面并丢失,或至少扰乱预期的辐射方向图。

“我一直认为你应该基本上让你的天线馈电点直接位于接地平面上方(或嵌入通孔)”

这仅适用于某些天线。

最常见的是:尽量使天线远离任何导电材料,尤其是金属表面。

例外:每个天线都有一个特定的场配置(电场和磁场)。只要金属表面严格垂直于电场,它们就很好。导电表面的问题在于它们会使电场短路(将其强制为 0)。只要电场严格垂直地撞击表面,表面就与电场等势,并且场配置保持不受干扰。

每当您的天线具有对称属性时,最常见的情况就是例外。例如,一个完整的偶极子有两个轴,中间是馈电点。在垂直于偶极子的平面中,就在馈电点处,电场恰好垂直于该平面。因此,您可以用“地平面”替换偶极子的一个轴,馈电点正好在现在的单极子撞击地平面的位置。这也恰好适用于其他一些常用的天线。

另一方面,您可以将该效果用作天线设计的一部分,以强制电场进入某种配置。这例如在一些定向天线中完成。

近场与远场:天线的场可分为近场和远场。近场中的场扰动对于预期的天线性能通常是灾难性的,远场中的场扰动仅影响扰动方向上的性能。至于近场结束和远场开始的地方并不明显:一些天线比其他天线更敏感。根据经验:3-5 lambdas 以外的一切都绝对是远场。任何更接近的东西可能会或可能不会干扰天线特性,修改其中心频率,方向性,匹配,......

您所指的混凝土天线具有螺旋形状。这篇关于螺旋天线的论文使用两种模型来介绍螺旋天线:

  1. 折叠偶极子(周长 << 波长):行为大致类似于偶极子
  2. 轴向辐射螺旋天线(周长≈波长)

从辐射图来看,所考虑的天线介于这两个极端之间,至少在垂直于接地平面安装时是这样。在这种情况下,电场严格垂直于接地平面。馈电点应该正好在接地平面上,并且接地平面最好在馈电点周围的所有方向上延伸几厘米。

如果天线与接地平面平行安装,它将使电场短路。接地平面将极大地改变近场配置,因此您需要将其视为天线配置的一部分。实际上,您现在看到的是完全不同的天线,这就是为什么链接论文中的理论不再适用的原因。我敢打赌,天线也会将相当程度的高频感应到地平面(通常被认为是有问题的)。从辐射图中可以看出,新天线的方向性也很强,在地平面方向上的辐射几乎为零。

我不知道为什么在天线和地平面之间保持最小距离是有利的。也许是为了控制地平面中的损耗,但也可能是由于匹配或调谐或方向性或所有组合造成的。

引自论文“改进的射频识别标签天线在金属接地平面上的性能”的第 10 页:

当金属与天线的分离距离远小于四分之一波长时,天线性能开始受到影响,因为反射波的相移接近 180 度,而 180 度的相移会对进来的信号造成完全破坏性干扰直接从天线。

不同的天线形状(对吗?)但希望仍然有用的信息。

也可能有用:“金属接地层对 RFID 标签天线的影响”

我也不是射频专家,但想发表我的经验作为答案,因为评论框似乎太挤了。

是的,这真的很奇怪!对于我使用的所有天线,天线馈电点始终位于接地平面上,到天线的 RF 走线满足一定的最大距离和厚度……它连接到(在我的情况下)pcb 印刷的折叠/展开天线,其中天线是没有接地平面的边缘。

很多文件都建议如何调整阻抗以匹配频率,但根据我的经验,将 RF 保持在靠近印刷 PCB 的位置,我可以使用巴伦,而无需额外的调谐组件,而且一切正常。

我确实注意到您在谈论 433mhz。我的大部分经验都在 2.4ghz。

有可能在亚千兆频率中,只要您的线圈补偿频率,您的馈电点根本不需要在接地平面上。在这些频率中,这并不是那么精确。

来自 TI 的这份文件这一份还有一份可能会帮助您进一步了解如何处理您的工程。它指的是使用的常用频率以及如何解决射频问题。

我无法提供明确的答案——因为射频世界非常复杂和敏感。我希望这可以帮助您找到答案。

其它你可能感兴趣的问题