50欧阻抗天线设计

常见的射频同轴电缆绝大部分是５０Ω特性阻抗的，这是为什么呢？
通常认为导体的截面积越大损耗就越低，但事实并非完全如此。

同轴电缆的每单位长度的损耗是ｌｏｇＤ/ｄ的函数，也就是说和电缆的特性阻抗有关。

经过计算可以发现，当同轴电缆的特性阻抗为７７Ω时，单位长度的损耗最低。

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对于同轴电缆的最大承受功率，通常认为内外导体的间距越大，则同轴电缆可承受电压越高，即承受功率越大，但实际上也不完全准确。

同轴电缆的最大承受功率同样与其特性阻抗有关。

可以计算出当同轴电缆的特性阻抗为３０Ω时，其承受的功率最大。

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为了兼顾最小的损耗和最大的功率容量，应该在７７Ω和３０Ω之间找一个适当的数值。

二者的算术平均值为５３．５Ω，而几何平均值为４８．０６Ω；选取５０Ω的特性阻抗可以做到二者兼顾。

此外，５０Ω阻抗的连接器也更加容易设计和加工。

绝大部分应用于通信领域的射频电缆的特性阻抗是５０Ω；在广播电视中则用到７５Ω的电缆。

大部分的测试仪器都是５０Ω的阻抗，如果要测量７５Ω阻抗的器件，可以通过一个５０～７５Ω的阻抗变换器来进行阻抗匹配，但是需要注意这种阻抗变换器有约５．７ｄＢ的插入损耗
1/ 1。

两层板（双面板）如何控制50欧特性阻抗的设计技巧我们都知道，在射频电路的设计过程中，走线保持50欧姆的特性阻抗是一件很重要的事情，尤其是在Wi-Fi产品的射频电路设计过程中，由于工作频率很高（2.4GHz或者5.8GHz），特性阻抗的控制就显得更加重要了。

如果特性阻抗没有很好的控制在50欧姆，那么将会给射频工程师的工作带来很大的麻烦。

什么是特性阻抗?是指当导体中有电子”讯号”波形之传播时，其电压对电流的比值称为”阻抗Impedance”。

由于交流电路中或在高频情况下，原已混杂有其它因素(如容抗、感抗等)的”Resistance”，已不再只是简单直流电的”欧姆电阻”(OhmicResistance)，故在电路中不宜再称为”电阻”，而应改称为”阻抗”。

不过到了真正用到”Impedance阻抗”的交流电情况时，免不了会造成混淆，为了有所区别起见，只好将电子讯号者称为”特性阻抗”。

电路板线路中的讯号传播时，影响其”特性阻抗”的因素有线路的截面积，线路与接地层之间绝绿材质的厚度，以及其介质常数等三项。

目前已有许多高频高传输速度的板子，已要求”特性阻抗”须控制在某一范围之内，则板子在制造过程中，必须认真考虑上述三项重要的参数以及其它配合的条件。

两层板如何有效的控制特性阻抗？在四层板或者六层板的时候，我们一般会在顶层（top）走射频的线，然后再第二层会是完整的地平面，这样顶层和第二层的之间的电介质是很薄的，顶层的线不用很宽就可以满足50欧姆的特性阻抗（在其他情况相同的情况下，走线越宽，特性阻抗越小）。

但是，在两层板的情况下，就不一样了。

两层板时，为了保证电路板的强度，我们不可能用很薄的电路板去做，这时，顶层和底层（参考面）之间的间距就会很大，如果还是用原来的办法控制50欧姆的特性阻抗，那么顶层的走线必须很宽。

例如我们假设板子的厚度是39.6mil(1mm)，按照常规的做法，在Polar中设计，如下图线宽70mil，这是一个近乎荒谬的结论，简直令人抓狂。

AppCAD计算天线信号线的特性阻抗GPS接收机设计时，天线信号线的特性阻抗要求在50欧姆，以实现与天线的阻抗匹配，若人工去计算，计算较繁琐，较容易出错，所以有很我公司推出了计算高频设计时计算特性阻抗等参数的软件。

AppCAD 简单易用，是一款独特的射频设计工具软件，适合很多的射频、微波和无线设计应用中的工程计算，计算简单快速。

AppCAD 可用于很多使用分立的晶体片、二极管到硅和GaAs集成电路等电路、信号和系统的计算和设计。

而软件的快捷键的使用也非常容易快捷。

在GPS天线信号线的走线中，可能会用到微带线(Microstrip)、带状线(Stripline)或共面波导(Coplanar Waveguide)，下面以微带线为例介绍AppCAD 计算信号线特性阻抗的方法。

启动软件后，在左边的按钮中按“Passive Circuits”，在出现的选项中按“Microstrip”，如上图所示。

在出现的窗口中，设置相关参数。

如下图所示，在左下边的选项中设置PCB板的介电常数、传输信号的频率和PCB 长度的单位。

介电常数(Dielectric Er)设置是只需在下面的选择框中选择PCB板的材料，如下图中FR-4;或者在下面的选择框中选择“Enter Custom Er Value”，然后在上方直接输入介电常数值。

在GPS设计中，民用频率是1.57542GHz，可以直接输入频率值，或者用1.6GHz进行计算。

长度的单位有几种选择，如下图中选择了微米(um)为单位。

在上图中左上边需设置以下参数：线宽“W”，如图中为254微米;单层PCB板的厚度“H”，如8层板的厚度是1.2mm，则每层约150微米，如图中输入为150。

线的厚度“T”，1OUNCE 线厚度约35微米，0.5OUNCE线厚约18微米，如图中输入为18微米，若镀金或镀锡，则需再加25微米。

线的长度“L”线对特性阻抗影响不大，所以可以不考虑线的长度，用默认值就可以了。

形形色色的J型天线J型天线的特点：J型天线又叫波兰人天线，其特点是辐射仰角极低，且有一定的增益，效率是1/4 GP天线的二倍。

增益有3-4.5DB. J型天线上边的1/2部分是辐射段，下边的1/4部分是匹配段。

调整好的J型天线的阻抗为纯阻50欧，可直接与50Ω同轴电缆连接。

由于其取材容易制作简单，得到了许多HAM的喜欢。

见图一、图一A ：馈电点的接法：50Ω同轴电缆的芯线接长边馈电点，外皮接短边馈电点。

驻波的调整：J型天线SWR受环境的影响较大，馈电点的位置一定要用驻波表在实际安装位置来调整。

J型天线计算：根据图一用软件计算的J型天线的各部尺寸：( 米 )频率 A B C D7.0500 30.480 10.116 0.994 0.95114.175 15.161 5.032 0.494 0.47221.400 10.040 3.331 0.326 0.31428.200 7.620 2.530 0.250 0.23829.600 7.260 2.411 0.238 0.22650.000 4.298 1.426 0.140 0.134145.00 1.481 0.491 0.049 0.046435.00 0.494 0.165 0.015 0.015J型天线还有很多的形式，详见图二到图八，天线的形式也还在不断的变化之中，希望大家举一反三，不断添加，创造出中国人自己的天线。

图一：标准J型天线增益=3db图一A：馈电点的接法J型天线的各种变形：图二：V/U双段J型天线由单频段J型天线发展而来，双段匹配的馈电方式由两段50Ω同轴电缆完成。

连接到T形合路器后，用50Ω电缆引入室内。

图三：折合振子J型天线增益=6db300欧馈线做的J型天线,取材容易，便于携带。

同样也适用于短波段。

图四：折合振子J型天线详图折合振子J型天线,折合部分增加了一个半波可提高增益。

如果直接增加半波就要加反相线圈，折合过来后，既缩短了长度又起到了反相作用。

一、50ohm特征阻抗终端电阻示图B.终端电阻的作用：1、阻抗匹配，匹配信号源和传输线之间的阻抗，极少反射，避免振荡。

2、减少噪声，降低辐射，防止过冲。

在串联应用情况下，串联的终端电阻和信号线的分布电容以及后级电路的输入电容组成RC滤波器，消弱信号边沿的陡峭程度，防止过冲。

C.终端电阻取决于电缆的特性阻抗。

D.如果使用0805封装、1/10W的贴片电阻,但要防止尖峰脉冲的大电流对电阻的影响，加30PF的电容.E.有高频电路经验的人都知道阻抗匹配的重要性。

在数字电路中时钟、信号的数据传送速度快时，更需注意配线、电缆上的阻抗匹配。

高频电路、图像电路一般都用同轴电缆进行信号的传送，使用特性阻抗为Zo＝150Ω、75Ω的同轴电缆。

同轴电缆的特性阻抗Zo，由电缆的内部导体和外部屏蔽内径D及绝缘体的导电率er决定：另外，处理分布常数电路时，用相当于单位长的电感L和静电容量C的比率也能计算，如忽略损耗电阻，则图1是用于测定同轴电缆RG58A/U、长度5m的输入阻抗ZIN时的电路构成。

这里研究随着终端电阻RT的值，传送线路的阻抗如何变化。

图1 同轴传送线路的终端电阻构成只有当同轴电缆的特性阻抗Zo和终端阻抗FT的值相等时，即ZIN＝Zo＝RT称为阻抗匹配。

Zo≠RT时随着频率f，ZIN变化。

作为一个极端的例子，当RT＝0、RT＝∞时可理解其性质(阻抗以，λ/4为周期起伏波动)。

图2是RT＝50Ω(稍微波动的曲线)、75Ω、dOΩ时的输人阻抗特性。

当Zo≠RT时由于随着频率，特性阻抗会变化，所以传送的电缆的频率特上产生弯曲.二、怎样理解阻抗匹配？阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。

阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。

我们先从直流电压源驱动一个负载入手。

由于实际的电压源，总是有内阻的（请参看输出阻抗一问），我们可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。

假设负载电阻为R，电源电动势为U，内阻为r，那么我们可以计算出流过电阻R的电流为：I=U/(R+r)，可以看出，负载电阻R越小，则输出电流越大。

RFID系统中的PCB环型天线设计摘要本文实现了RFID系统中的一种PCB环型天线设计。

在对天线的工作原理进行分析的基础上，提出基于13．56 MHz、200 mw 的低功率阅读器的天线设计方法，并给出天线的设计和调试过程。

关键词PCB环型天线设计RFID调试引言天线是一种转能器。

发射时，它把发射机的高频电流转化为空间电磁波；接收时，它又把从空间截获的电磁波转换为高频电流送入接收机。

对于设计一个应用于射频识别系统中的小功率、短距离无线收发设备，天线设计是其中的重要部分。

良好的天线系统可以使通信距离达到最佳状态。

天线的种类很多，不同的应用需要不同的天线。

在小功率、短距离的RFID系统中，需要一个通信可靠、价格低廉的天线系统，PCB环型天线是比较常用的一种。

所设计的RFID阅读器使用的射频芯片是RI-R6C-001A。

由于该芯片要求的天线阻抗为50 Ω，工作于13，56 MHz，因此在设计中，采用PCB环型天线。

PCB环型天线是电小环天线的一种。

所谓电小环天线，一般定义为。

其中：l为天线的最大几何尺寸；λ为工作波长。

1 PCB环型天线的设计天线主要是基于TI公司的ASIC设计的，用于200mW的低功率阅读器，适合于所选的射频芯片。

图1是制作的PCB环型天线。

图2显示了该矩形环型天线的几何尺寸。

图中将要在计算中用到的物理参数有以下4个：A1，环型天线宽度(m)；A2，环型天线长度(m)；B1，环型导体厚度(m)；B2，环型导体宽度(m)。

对于PCB环型天线，导线厚度B1就是TOP层上铜走线的厚度。

在计算天线的参数时，矩形天线可以简化为一个正方形等效电路模型，而二维平面的环型导体可以等效为圆形截面的导线。

由图2可知，正方形等效电路的边长为：。

这个等效边长在以后的环面积、感应系数的计算中都要用到。

环型导体等效导线截面圆半径B由下式给出：在静电学上，等效圆导线半径表示该半径下的圆导线所具有的电容与截面是非圆形导体所具有的电容相等。

微波天线阻抗匹配设计实现技巧微波天线是指工作频率在GHz级别的高频天线。

由于其频率高，波长短，具有高方向性、窄束宽、高增益等特点，因此广泛应用于雷达、卫星通信、无线通信、导航等领域。

在微波天线系统中，阻抗匹配是一个非常重要的问题。

本文旨在介绍微波天线阻抗匹配设计实现的技巧。

一、阻抗匹配的原理微波天线阻抗匹配的原理是利用衰减器、匹配器等网络来调节电路的阻抗，使其满足匹配条件。

匹配条件为负载阻抗等于传输线特性阻抗，可表示为：ZL=Z0，其中ZL是负载阻抗，Z0是传输线特性阻抗。

阻抗匹配可以使微波天线的输出功率最大化，提高整个系统的性能。

二、常用的阻抗匹配方法1. L匹配网络法L匹配网络法是最常用的阻抗匹配方法之一。

该方法利用L型网络匹配器的等效电路来实现阻抗匹配。

其原理是在传输线中插入一个L型网络匹配器，使其电气长度等于1/4波长。

通过调整L型网络中的电感和电容，可以使输入阻抗匹配到50Ω，使得传输线和天线之间的阻抗得到匹配。

2. T匹配网络法T匹配网络法使用T型电路来进行阻抗匹配。

在传输线上插入T型网络，将其电气长度设为3/8波长，调整T型网络中的电容和电感，从而实现阻抗匹配。

该方法具有匹配宽带、阻抗匹配较好等优点。

3. C匹配网络法C匹配网络法是利用C型电路进行阻抗匹配的方法。

在传输线上插入C型网络，将其电气长度设为5/8波长，调整C型网络中的电容和电感，实现阻抗匹配。

该方法适用于匹配某些特殊的阻抗。

三、阻抗匹配设计实现技巧1. 选择适当的传输线特性阻抗传输线特性阻抗是决定输入输出阻抗的重要因素，应该根据实际应用选择合适的传输线特性阻抗。

常用的传输线特性阻抗有50Ω、75Ω、100Ω等，其中50Ω是最常用的特性阻抗。

2. 调整传输线长度传输线长度的调整可以改变阻抗值和相位，因此可以通过调整传输线长度实现阻抗匹配。

根据阻抗值的大小和相位的方向来进行调整。

3. 选择合适的衰减器和匹配器衰减器可以用于调节复杂阻抗的阻抗值。

同轴馈电矩形微带天线设计与分析摘要：本文使用HFSS软件，设计了一种具有损耗低、稳定性好的同轴馈电矩形微带天线。

该新型C波段微带天线射频频率2、45GHz，输入阻抗50Ω，利用矩形同轴线馈电(RCL)结构网络和微带天线子矩阵的基本原理和设计方法，运用HFSS对该天线进行仿真、优化，最终得到最佳性能，达到了频段围S11小于XXX，尺寸XXX，方向性XXX，达到XXX的设计要求。

关键词：HFSS，微带线，天线请在摘要中写明该天线的性能，点明创新性或所做的工作重点。

1、前言在1953年Deschaps提出微带天线的理论，经过20年多的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期制造了实际的微带天线。

传统的手工计算设计天线采用的是尝试法，设计和研发周期长，费用高。

随着计算水平的提高，可以采用成熟的电磁仿真软件设计。

微带天线结构简单,体积小,能与载体共形，能和有源器件、电路等集成为统一的整体，具有体积小、重量轻、低剖面、易于集成和制造等点，在卫星通信、卫星定位系统等多个领域获得了广泛应用。

已被大量应用于100MHz～100GHz宽频域上的无线电设备中, 特别是在飞行器和地面便携式设备中得到了广泛应用。

微带天线的特征是: 比通常的微波天线有更多的物理参数, 可以有任意的几何形状和尺寸；能够提供50Ω输入阻抗,不需要匹配电路或变换器；比较容易精确制造, 可重复性较好；可通过耦合馈电, 天线和RF电路不需要物理连接；较易将发射和接收信号频段分开；辐射方向图具有各向同性。

设计的圆极化微带天线具有较宽的频带或者是双频堆叠结构且采用同轴线馈电，一般天线厚度尺寸较大，因此馈电同轴长加大，导电感抗加大，天线的性能随之恶化。

通常，单层厚天线采用L形或T形同轴探针馈电；对于双层厚天线，通过在层间增加空气层以改善天线的驻波特性J。

这两种结构给天线的制造带来了困难，前者需要在介质层增加金属片来实现T形或L形探针馈电，制作不便，增加了制造代价；后者需要在两层天线中间添加空气层，由于空气层厚度对天线性能影响突出，厚度不易控制，因此也不是好的选择，而同轴馈电矩形微带电线成为了性能良好的天线选择之一。

双层板50欧阻抗线宽
双层板的阻抗是由板层的介电常数、板厚、信号线的宽度和间
距等因素决定的。

一般来说，要计算双层板的阻抗，需要考虑板层
的介电常数（通常是玻璃纤维增强环氧树脂，介电常数约为 4.2），板厚（通常以毫米为单位），以及信号线的宽度和间距（通常以毫
米为单位）。

对于50欧姆的阻抗，可以使用一些在线阻抗计算器或者专业的PCB设计软件来计算。

一般来说，在常见的介电常数和板厚下，50
欧姆的阻抗线宽大约在5-10mil之间。

然而，这只是一个大概的范围，实际的计算结果还需要考虑更多因素。

另外，需要注意的是，双层板的设计还需要考虑到信号线的走
线方式、相邻走线间的距离、地线的设计等因素，以确保信号的稳
定传输和阻抗的匹配。

总的来说，要准确计算双层板的50欧姆阻抗线宽，需要综合考
虑介电常数、板厚、信号线宽度和间距等多个因素，最好借助专业
的软件进行计算和验证。