【射频 PCB 设计】从芯片到天线的 50 Ω 之路：微带线、CPWG、匹配
标签：RF PCB、微带线、CPWG、阻抗匹配、50 Ω、Wi-Fi、蓝牙、Zigbee
一句话记住：在 PCB 上，天线并不是“悬空”的，而是被一条 50 Ω 的受控传输线“喂”过去。任何断点、换层、焊盘、过孔都必须回到 50 Ω 的框架里解决，否则能量反射、效率瞬间掉。
- 先定系统阻抗：50 Ω 是绝大多数射频应用的“母语”
应用场景 常用特征阻抗
Wi-Fi / BT / Zigbee 2.4 GHz 50 Ω
手机蜂窝 50 Ω
GPS / GNSS 50 Ω
FM 广播 75 Ω（少见）
90 % 以上的射频 PCB 走线，就是 50 Ω 的微带线或 CPWG。
- 芯片 → 天线，PCB 端必须做的 4 件事
① 传输线本身：微带线 vs CPWG
结构 特点 设计要点
微带线 (Microstrip) 顶层走线 + 整片地平面，成本低 线宽 / 介质厚度 / εr → 决定 Z0
CPWG (Coplanar Waveguide with Ground) 走线两侧有地铜 + 底地，辐射小、易过孔 线宽 / Gap / 介质厚度 / εr → 决定 Z0
工具：SI9000、Polar、Keysight ADS、KiCad 自带计算器，一键出 50 Ω 线宽。
② 走线 → 天线焊盘的过渡
- 焊盘通常比 50 Ω 线宽。
- 渐变线（Taper） 或 阻抗变换段 把 50 Ω 过渡到天线的馈点阻抗（常见 50 Ω，但 FPC/IFA/蛇形天线可能 30–60 Ω）。
- 过渡段长度 < λ/20 可忽略；> λ/10 就必须用 LC 或 λ/4 变换器。
③ 参考地 & 过孔
- 微带线下方 禁止跨分割，必须完整 ground plane。
- 两侧地铜多打过孔（via fence），间距 < λ/10（2.4 GHz 时 < 6 mm）。
- 天线区下方可掏空或只留一层地，避免地平面“吃掉”辐射。
④ π 型 / 巴伦 / 匹配网络
- 天线厂给的 Smith 图往往不是 50 Ω，需要串/并电感、电容调到 50 Ω。
- 典型 π 型网络：
芯片 —— C —— L —— C —— 天线馈点
- 目标：VSWR < 1.5（回波损耗 > 14 dB）。
- 用 VNA 实测后微调，别迷信仿真。
- 实战：一条 2.4 GHz 50 Ω 微带线算给你看
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板叠层：FR-4 1.6 mm 双层板，εr ≈ 4.4。
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计算（KiCad 计算器）：
- 微带线宽 ≈ 3 mm（下方整地，上方无阻焊）。
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走线长 25 mm ≈ λ/5，必须做阻抗连续，否则插损 + 反射明显。
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实测：
- SMA 边缘校准，去掉同轴损耗。
- 看 PCB 走线 + 天线 VSWR，目标 < 1.5。
- 一句话总结
在 PCB 上，天线端口与芯片之间就是一条“50 Ω 受控传输线 + 匹配网络”。任何断点、换层、焊盘、过孔，都要在 50 Ω 框架内解决。
- 附录：常用计算工具 & 资源
- Polar Si9000（付费，精度高）
- KiCad PCB Calculator（开源免费）
- Keysight ADS LineCalc（ADS 内嵌）
- Murata RF Simulator（在线 Smith 图匹配）