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ProAnt PIFA - 平面倒 F 天线

作者： Rich Miron 2018-04-30

标签

工程

无线通信

IoT 物联网

射频与无线

在当今的电子市场上，无线连接已经成为一种日益重要的功能。这导致与无线通信相关的元器件的需求日益增加，其中包括天线。

在这篇博客中，我们将重点介绍一种可在各种不同无线应用中使用的天线，即平面倒 F 天线 (PIFA)。PIFA 是一种源于倒 F 天线（图 1）的专用单极天线（带有短路支臂）。PIFA（图 2）是一种倒 F 天线，带有顶板，而不是单根电线。

典型的倒 F 天线（左）和典型的 PIFA 天线（右）（图片来源：ProAnt）

贴片天线和 PIFA 有一点相似：它们本身都是窄带天线。但是，通过整合不同的技术，例如寄生接地元件和板内切割槽，可以扩大 PIFA 的带宽。另外，这些技术还可用于改变顶板的尺寸，从而缩小天线尺寸，减少所需的板空间。

图 3：使用 PIFA，可将射频模块和其他元器件贴装在天线下方。（图片来源：ProAnt）

您还可以通过使用最高负载来修改 PIFA 的尺寸。但这会带来一定的后果。为了达到更低的频率，可向天线的远端添加小电容。但这样会降低辐射能力。这种方法可用于帮助特定应用实现尺寸和性能之间的最佳平衡。

由于天线平行放置且位于电路板上方，因而唯一需要的板空间只有安装销的位置。这是使用 PIFA 的一大优势。此外，它与地面或其他金属之间没有空隙要求。这意味着两层印刷电路板上的其他元器件都可以贴装在天线下方（图 3）。

上文提及的短路支臂的作用是，让天线与电路的其他部分实现阻抗匹配。单极天线本身为容性元器件，需要添加电感，使其能够与最佳阻抗（通常为 50 Ω）匹配。短路支臂可提供此阻抗匹配电感。因此，只需较少的无源元器件即可匹配阻抗。由于元器件数目较少，寄生损耗更低，因而提高了辐射效率。

图 4：PIFA 辐射模式和极化示例（图片来源：ProAnt）

根据具体应用，PIFA 通常具有中高带宽，而且辐射模式是具有混合极化的全向模式（图 4）。此外，在环境变化方面，由于通过短路支臂与 PCB 接地平面稳固连接，PIFA 本身非常稳定。因此，PIFA 通常能够保持高效辐射模式，而其他类型的天线在遇到不利的环境变化时（例如在接近金属工作时），经常会出现频率漂移并损失辐射能力。

总结

天线在很多应用中都是必需的元件，其中包括使用各种不同通信协议和频率的固定及移动应用。要实现稳定的无线连接，天线技术的选择至关重要。

某些天线类型通常仅适用于辐射方向恒定且始终已知的应用（例如片式陶瓷天线），而 PIFA 则提供了更多灵活性。PIFA 技术提供了具有大量混合极化的全向辐射模式。事实证明，这种技术在固定应用中非常有用，而且对于在不断变化的环境中使用的移动设备（例如可穿戴设备）甚至更加有利，因为无论周边环境如何，PIFA 都能保持稳定的性能。

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参考资料：

1 – ProAnt 技术说明 2016-08-23 – 平面倒 F 天线 (PIFA)