天线设计与布局：FR4 PCB的馈电考量

"本文档是 Cypress 公司的 AN91445 应用笔记，名为《天线设计和射频布局指南》，由 Tapan Pattnayak 和 Guhapriyan Thanikachalam 编写，主要针对 2.4GHz 无线电，特别是与 Cypress 的 PRoC/PSoC 系列中的 BLE 解决方案配合使用的天线设计。文档提供了天线设计的基本原理、不同类型天线的选择、参数、匹配网络设计、布局考虑以及外壳和接地层对天线性能的影响等详细信息。" 在天线馈电的考量中，文档特别强调了天线馈电走线的重要性。表2列举了不同厚度的FR4 PCB材料中天线层与相邻射频接地层间的“W”值，这是衡量馈线宽度的一个关键参数。随着PCB厚度的减小，“W”值也会相应减少。例如，当PCB厚度为60 mils时，"W"值为65 mils，而当厚度降低到20 mils时，"W"值减少到33 mils。 Figure 11则展示了这些厚度对应的“W”值，帮助设计者理解如何根据PCB的实际厚度来调整馈线宽度。馈线的宽度应与天线馈电接点的宽度保持一致，以确保最佳的信号传输。在某些情况下，如Figure 12所示，馈线可能较短，此时馈线宽度的要求较为宽松。然而，如果馈线较长（例如，从匹配网络到天线或从ANT引脚到PRoC/PSoC BLE器件的距离超过1 cm），Cypress建议使用底层上的特定宽度传输线（TLine）作为馈源。这有助于保持信号的完整性并减少损耗。 此外，文档还提到了共面波导计算器（附录B），这是一个用于计算共面传输线宽度的工具，对设计长馈线特别有用。匹配网络的设计也非常重要，尤其是当馈线长度仅为3 mm时，馈线宽度并不关键。正确的匹配网络可以优化天线与PRoC/PSoC BLE器件之间的阻抗匹配，从而提升整体性能。 为了优化天线性能，文档还讨论了不同类型的天线，如蛇形倒F天线（MIFA）、倒F天线（IFA）、芯片天线和导线天线，并给出了它们各自的优缺点和适用场景。同时，文档还强调了外壳和接地层对天线性能的影响，包括接地层的设计和外壳材料的选择，以及如何正确放置天线以避免干扰。 这份应用笔记为设计者提供了全面的指导，帮助他们在设计2.4GHz无线设备时，特别是涉及Cypress PRoC/PSoC BLE解决方案时，能够有效地考虑和实施天线馈电、布局以及匹配网络，以实现最佳的射频性能。