最佳PCB天线设计软件简化天线实施过程

电路板天线设计对于任何软件来说都可能是一项艰巨的任务；然而，对于Altium Designer来说，这不应该是个问题，它可以作为您首选的BLE天线设计软件，以及更多功能。

ALTIUM DESIGNER

确保您的天线设计能够无问题地放置

消费者和工业需求已经促使对更小型无线设备的需求增加。这些设备支持可穿戴技术、蓝牙低功耗（BLE）应用、个人通信系统、物联网（IoT）应用、医疗技术、汽车高级驾驶辅助系统以及其他创新技术。每一种应用以及其他应用都需要PCB天线，这些天线在减少物理占用空间和成本的同时，还要保持性能。此外，PCB天线设计还必须响应从典型的2.4 GHz频段到毫米波频率的频率要求。

与使用三维导线或芯片天线不同，PCB天线设计软件包含在印刷电路板上绘制的轨迹。根据天线类型和空间限制，PCB天线设计师使用的轨迹类型包括直线轨迹、倒F型轨迹、蜿蜒轨迹、圆形轨迹或带有波浪的曲线轨迹。PCB天线的二维结构需要强大的天线设计软件，如Altium Designer，以确保结构满足制造商给出的规格。

最佳PCB天线仿真软件将创新与应用相匹配

制造商可能会提供已经制造好的PCB天线组件，包括电缆和连接器。随着可用的PCB天线选项（例如BLE天线设计、物联网天线等）的多样化，团队可以根据电气和机械要求添加到系统设计中或自定义天线。PCB天线设计的范围从基本的微带贴片到微带贴片、条形线和共面波导（CPW）传输线的组合。一些设计可能会在同一PCB天线中结合不同类型的传输线。

选择PCB天线设计软件取决于应用场景。无线鼠标不需要与其他应用可能需要的相同的RF范围和数据速率。连接到物联网的传感器和设备需要更大的RF范围和更高的数据速率。新型PCB天线设计采用双频带和多频带覆盖，以响应需要宽带频率范围或由同一天线服务的多个应用的系统应用。

由于RF范围的变化，具有相同功率要求的设计往往具有不同的布局，并应用不同的天线设计原则。无论应用场景如何，天线的设计和RF布局对性能有最大的影响。此外，PCB天线仿真软件必须遵循RF走线的布局指南，坚持PCB堆叠和接地的最佳实践，提供电源去耦，并由适当的RF无源组件组成。设计和产品要求的差异确立了PCB天线设计软件的需求。

例如，一些不需要更高增益的高频应用使用单极PCB天线，这种天线由一侧电路层压板上形成的微带贴片组成，与较大的接地平面通过介电质分离。其他应用可能需要在某些频率上获得更高的增益，因此使用多层配置。在这两种情况下，目标操作频率的波长与贴片的大小直接相关。

PCB天线设计需要基本方法

PCB天线设计始于确定关键性能参数。这些参数包括

• 回波损耗
• 带宽
• 辐射效率
• 辐射模式和
• 增益。

每个天线都必须与具有典型特性阻抗为50欧姆的信号馈线匹配。天线的回波损耗通过显示因不匹配而由天线反射的入射功率（dB）的数量来指示匹配的质量。无限的回波损耗表明天线与信号馈线匹配。完美的天线设计能够在没有任何反射的情况下辐射所有能量。通常，设计团队认为10 dB的回波损耗是足够的；90%的入射功率用于天线辐射。

天线的带宽测量天线的频率响应。换一个角度来看，带宽测量的是天线在整个感兴趣的频段上匹配信号源的能力。在考虑BLE天线设计时，最大的损耗发生在2.33 GHz和2.55 GHz，而最小的损耗和最佳效率出现在2.40 GHz到2.48 GHz之间。大多数消费设备使用更宽的带宽来最小化操作环境引起的失谐效应。

辐射效率描述了天线中非反射功率以热量或热损耗形式耗散的量。100%的辐射效率表明所有非反射功率都辐射到自由空间中。在PCB天线设计中，热损耗通过FR4基板的介电损耗和导体中的导体损耗发生。小型PCB天线具有最低的热损耗和最高的辐射效率。

除了辐射效率外，天线还具有特定的辐射功率。理想的天线行为在垂直于天线轴线的平面内向所有方向均匀辐射功率。大多数PCB天线具有优秀的——但不是理想的——辐射效率，且辐射模式为全向。因为辐射模式显示了辐射最强和最弱的方向，辐射效率显示了如何针对应用定位天线。天线的增益（dBi）衡量与理想行为相比，在感兴趣的方向上的辐射强度。

除了观察这些参数外，PCB天线还需要适当大小的接地平面以获得最佳性能。从简单的设计角度来看，天线表现为一个LC谐振器。谐振频率随着电感或电容的增加而降低。较大的接地平面增加电容并降低谐振频率。更好的接地也能获得更好的回波损失。确定正确的接地使PCB天线设计师能够获得更好的性能。

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PCB天线设计呈现挑战

面对设计高性能PCB天线的团队来说，有几个不同的挑战。一些应用可能在发射器和接收器两侧使用多个天线，以提高天线系统的性能。然而，彼此靠近的天线元素可能开始因相互耦合而相互作用。元素之间的每一次反应都会影响阵列保持良好的阻抗匹配的能力，并浪费功率。此外，电磁耦合扰乱了天线的辐射模式，抑制增益，并影响谐振频率。

另一个挑战涉及外壳对天线灵敏度的影响。很多时候，用于外壳的塑料的介电常数会高于空气。天线与外壳之间缺乏足够的间隙会导致天线看到更高的有效介电常数。结果，天线的电长度增加，谐振频率降低。设计团队应该始终在最终的塑料外壳就位且产品安装在典型使用场景中时，验证天线匹配网络的性能。

在高频下，RF电路的阻抗会随着测量距离负载的不同而改变。RF走线的宽度和厚度、走线与地面之间的间隙以及基板类型也会影响阻抗变化的幅度。在PCB天线设计中，同轴电缆、微带线和共面波导充当传输线。常见的做法是使用一个被动电路作为匹配网络，以转换RF走线的特性阻抗，并确保匹配源与负载阻抗之间的最大功率传输。

在使用PCB天线的电子产品中使用高速电路会增加电磁干扰和辐射发射的风险。由于集成电路的缩小和微处理器时钟频率的增加而引起的同时切换噪声（SSN）会导致自干扰——或者引入负面影响信噪比并扭曲天线传输信号的信号。同样，天线也可以沿着其传输线造成自干扰，并在整个PCB中降低信号。

好的天线设计软件提供什么？

PCB天线设计软件能够准确分析构成PCB天线的滤波器、微带线和无源组件。该软件还通过显示金属-介电层、馈电和连接器类型来协助PCB天线设计。为了满足现代设计要求，PCB天线仿真软件提供天线的几何和电气属性，以获得最佳性能。确定这些属性允许软件模拟正确的天线阻抗和辐射模式。

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分析和仿真只是设计过程的一部分

Altium Designer 解决电路板天线挑战

Altium Designer 提供了原理图编辑器、PCB编辑器和信号完整性分析工具，用于控制和匹配对于一致的PCB天线性能所需的阻抗。原理图编辑器和PCB编辑器确保从输出引脚到目标输入引脚的阻抗匹配。此外，编辑器建议添加终止组件以实现整个电路的匹配，并使用去耦电容或材料来防止PCB天线之间的相互耦合。团队可以通过数据库库或Altium Vault找到支持类似BLE天线设计的正确组件。

Altium Designer中的信号完整性分析工具能够识别可能存在不可接受反射水平的网络。这些工具还可以预测信号反射和串扰的潜在水平，并提供潜在终端组件的假设分析。编辑器、设计规则和Active Route的结合确保了信号的正确路由路径，并且在信号路由下存在一个不间断的回流路径。通过这些技术，Altium Designer防止了电磁干扰，并为最佳的PCB天线设计性能提供了最佳设计。

虽然在时钟、微控制器和开关电源上放置屏蔽罩是消除电磁干扰的一种解决方案，但任何屏蔽都会阻挡传输信号，并且不应覆盖PCB天线设计。Altium Designer可以通过路由的设计规则和其Active Route功能的组合来防止自干扰。时钟的输出轨迹应该在地平面上运行，以减少任何由杂散射频场引起的电流，并最小化环路面积。Altium Designer还通过地平面的最佳布置帮助消除可能导致自干扰的网状PCB天线。任何直接位于时钟下方的地平面都形成了一个网状天线。

Altium的层堆栈管理器定义了在印刷电路板设计中使用的层，并管理堆栈中包含的层类型。在设计PCB天线时，团队可以使用层堆栈管理器为每个层指定材料类型、厚度和介电常数。Altium Designer还包括在布线宽度设计规则中的特性阻抗驱动宽度选项。该选项应用行业标准方程式，将阻抗转换为宽度设置。

Altium Designer还提供3D PCB布局工具，允许团队看到机械数据对PCB天线的影响。设计团队可以将组件模型导入到库编辑器中，并将外壳导入到PCB编辑器中，以进行精确的碰撞测试。因为Altium Designer支持ECAD和MCAD协作，软件允许团队处理外部物理约束并选择合适的板形状。有了这些工具，设计团队可以对电路和外壳进行必要的调整，以确保塑料不影响介电常数。

Altium的统一设计环境使PCB天线设计更加简单

虽然许多PCB天线仿真软件应用程序提供了所需的工具，但Altium Designer将原理图和电路板工具集成在一个环境中。强大的设计工具，如层堆栈管理器和信号完整性分析工具，响应相同的菜单、命令和功能键。Altium统一设计环境中的完整工具套件将概念从原理图转移到PCB布局，再到设计文档，最后到制造和生产。

• 了解Altium Designer中的电路板层堆栈定义。
• 了解Altium Designer的交互式布线。
• 了解Altium Designer的智能元件放置。

无论设计什么，都能确保您的设计安全。

Altium Designer的创新软件能够满足并超越您所有可能的设计需求，包括BLE天线设计、医疗设备、物联网设计等。给您的电路板提供最准确、最稳定的生产转移保障。信任Altium Designer，正确完成您的电子产品设计。