ProAnt PIFA - 平面倒 F 型天線

在如今的電子市場中,無線連線已成為越來越重要的功能。因為如此,對無線通訊相關元件的需求也隨之增加,其中包括天線。

我們將在此部落格文章中,專門探討其中一種天線,即可用於眾多無線應用的平面倒 F 型天線 (PIFA)。PIFA 是一種源自倒 F 型天線 (圖 1) 的專用單極天線 (具有短路支線)。PIFA (圖 2) 是一種具有頂板而非單線的倒 F 型天線。

典型倒 F 型天線 (左) 與典型 PIFA 天線 (右) (圖片來源:ProAnt)

塊狀天線與 PIFA 的類似之處在於兩者本質上皆為窄頻。但只要納入不同的技術,例如寄生接地元件,並在板內開槽,就可拓寬 PIFA 的頻寬。此外,運用這些技術即可改變頂板的尺寸,進而縮小天線尺寸,減少所需的電路板空間。

圖 3:採用 PIFA 即可在天線下方安裝 RF 模組和其他元件。(圖片來源:ProAnt)

您還可以使用最高負載來修改 PIFA 的尺寸。不過這樣做會有一些後果。為了達到較低的頻率,可在天線遠端添加小型電容。然而,這會降低輻射能力。採用此方法有助於針對特定應用在尺寸與效能之間達到最佳平衡。

天線位置擺放在電路板上方與之平行,如此一來,唯一需要佔用板空間的就只有擺放安裝引腳的位置。這是採用 PIFA 的一大優勢。此外,無離地或離其他金屬的間隔要求。這意味著其他元件可以安裝在天線底下的兩層 PCB 上 (圖 3)。

前面提到的短路支線,作用在於使天線與電路其餘部分的阻抗匹配。單極具有電容本質,需要加入電感,以便天線能與最佳阻抗匹配 (通常為 50 Ω)。短路支線能提供與阻抗匹配的電感值。因此只需要更少的被動元件即可與阻抗匹配。由於元件減少,寄生損耗更低,輻射效率也會提高。

圖 4:PIFA 輻射場型與極性範例 (圖片來源:ProAnt)

視應用而定,PIFA 傾向於呈現中至高頻寬,以及具有混合極性的全向輻射場型 (圖 4)。此外,PIFA 透過短路支線與 PCB 的接地面有堅固的連接,因此在本質上可耐受環境變化。因此,PIFA 傾向於維持高效率的輻射場型,但其他類型的天線則有頻率漂移的傾向,在遭遇非最佳的環境變化時 (如在金屬附近操作),就會喪失輻射能力。

結論

無論是固定或行動式的眾多應用都需要天線,可提供多種通訊協定和頻率。天線技術的選擇對於穩定的無線連線至關重要。

特定類型的天線通常僅適用於輻射方向恆定且始終已知的應用 (例如,陶瓷塊狀天線),而 PIFA 則能提供更大的彈性。PIFA 技術可提供超全向性輻射場型,並具有許多混合極性。這在固定應用中非常實用,但用在所處環境經常改變的行動裝置中更證實特別有優勢,例如穿戴式裝置,這是因為無論周遭環境如何,PIFA 都可保持相當穩定。

 

參考資料:

1 – ProAnt 技術說明 2016-08-23 – 平面倒 F 型天線 (PIFA)

關於作者

Image of Rich Miron, Digi-Key Electronics

Rich Miron 是 Digi-Key Electronics 的資深技術內容開發人員,自 2007 年起就加入技術內容團隊,主要負責撰寫與編輯文章、部落格和產品培訓單元。在加入 Digi-Key 前,他曾負責對核能潛艇的儀表和控制系統進行測試與合格作業。Rich 擁有北達科他大學 (北達科他州法哥) 電子工程學位。

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