在做 Wi-Fi、蓝牙或者 2.4G 遥控产品时，你有没有想过：同样是 2.4G，无线距离为什么有的设备能跑几十米，有的却一堵墙就“掉线”?除了功率和协议，2.4G板载天线的设计与选型往往起着关键作用。

一、2.4G板载天线到底是什么?

简单来说，2.4G板载天线就是直接做在 PCB 板上的 2.4GHz 无线天线，一般通过铜箔走线、特定形状和尺寸来实现辐射功能，不需要外接独立的金属天线杆或天线座。

典型应用包括：

支持 2.4G 频段的 Wi-Fi 模块、路由器、小型 AP

蓝牙设备：耳机底座、音箱、手环、键鼠、游戏手柄

2.4G 遥控与数传：玩具遥控器、工业 2.4G 数传模块

ZigBee / Thread / BLE Mesh 等物联网设备

智能家居产品：智能开关、门磁、温湿度传感器等

与外接天线相比，板载天线通常直接以一小块弯弯曲曲的铜皮存在于 PCB 边缘，看起来不显眼，却是产品无线性能的关键之一。

二、板载天线为什么多用在 2.4G 频段?

2.4GHz 频段属于全球开放的 ISM 频段，很多无线协议都工作在这里，例如：

2.4G Wi-Fi(802.11b/g/n 部分标准)

蓝牙 / BLE

2.4G 私有制式遥控与数传协议

ZigBee、Thread 等短距离物联网协议

这个频段的波长大约在 12.5cm 左右，四分之一波长天线的物理尺寸大概在 3cm 左右，非常适合做成 PCB 板载天线：

尺寸不算太大，容易在中小尺寸的 PCB 上实现;

信号绕射、穿墙能力相对 5GHz 虽弱一些，但在室内应用中仍然比较平衡;

协议生态成熟，模组丰富，配套设计资料也比较多。

因此，在追求成本可控、结构紧凑的无线产品中，2.4G板载天线是非常常见的选择。

三、2.4G板载天线有哪些常见结构形式?

1. 常见的倒 F 天线(IFA / PIFA)

这是应用非常广的一种 PCB 天线结构，一般在板边做一段特定长度的走线，并通过接地、馈电点形成类似倒置 F 的形状：

结构紧凑，调试方法成熟;

适合贴近 PCB 边缘放置;

易于通过微调长度和匹配元件来调整谐振点。

2. 蛇形 / 折线天线

为了在有限的板边长度上实现足够的电长度，会将走线做成：

蛇形、折线、回折等形状;

在不增加整体占板宽度的情况下“堆砌”长度;

适合小尺寸设备，但对制造和调试精度要求更高。

3. 片状金属 / 金属块天线

有的设计会在 PCB 上预留一大块金属“岛”，再通过开槽、移位形成特定谐振特性：

对射频仿真要求较高;

一般用于有丰富天线设计经验的团队或成熟参考设计。

4. 板载天线 + 陶瓷天线 / 小型天线件

有时“板载天线”也会指 焊接在 PCB 上的小型天线器件，例如：

2.4G 陶瓷天线

金属片贴片天线

它们通过专用封装焊接在 PCB 上，从实现方式看仍属于板载天线范畴，但内部结构已经由天线厂商预先设计好，对整机设计来说更接近“器件选型 + PCB 配合”。

四、2.4G板载天线的优势与局限

1. 优势

成本优势明显

无需天线座、同轴线和外接天线，物料成本和装配成本都更低。

结构紧凑、一体化程度高

天线直接集成在 PCB 上，整机外观更简洁，没有外露天线杆，更利于防尘、防水和抗振。

可靠性更好

没有同轴线、连接器这一类易松动、易损耗的部件，长期使用稳定性更好。

便于量产一致性控制

只要 PCB 工艺稳定，板载天线的一致性相对容易控制。

2. 局限与挑战

对 PCB 布局和整机结构高度敏感

旁边一颗金属螺丝、一个金属屏蔽罩、甚至外壳形状改变，都可能影响天线性能。

调试门槛相对更高

如果完全自研，可能需要结合电磁仿真、网络分析仪、暗室 OTA 测试等工具反复优化。

增益和方向性可发挥空间有限

在严格受限的板边区域内，要获得非常高的增益比较困难，适合中短距离应用。

因此，很多产品会采用“模组 + 板载天线”的方式，直接选择天线已经过验证的无线模组，在整机设计时重点关注天线周边布局。

五、2.4G板载天线设计与布局要点

对硬件工程师来说，2.4G板载天线最重要的往往不是“手算长度”，而是如何在 PCB 和结构上给天线创造良好的工作环境。几个实用原则如下。

1. 放在 PCB 边缘、远离大面积金属

尽量把天线放在 PCB 的边缘甚至角落，靠近设备外侧;

避免紧贴大面积金属件，如金属外壳、屏蔽罩、电池片等;

对金属外壳类产品，常需要在外壳上开塑料窗或预留非金属区域供天线“透波”。

2. 天线区域禁止铺铜、走高速线

天线下方和附近区域通常需要做 “Keep Out 区”，不铺地、不走信号线;

如果必须走线，应该尽量远离天线辐射部分，减少耦合与干扰;

多层板中，可考虑在天线区域下方挖空内层地铜或做特定形状的地平面配合设计。

3. 预留匹配网络(通常是 π 型匹配)

虽然很多参考设计已经给出了较为合理的天线走线形状和长度，但不同 PCB 厚度、介质、外壳和装配环境都会造成差异，因此要：

在射频输出与天线之间预留 2~3 颗贴片元件位置(电感、电容)，组成 π 型或 T 型匹配;

通过网络分析仪测量反射系数(S11)，调整匹配器件，使驻波比 VSWR 降低到合适水平;

量产时可以固定一套“黄金匹配”参数，保证各批次表现一致。

4. 注意走线阻抗与过孔处理

射频馈线建议按照 50Ω 阻抗设计;

尽量减少不必要的拐弯，避免在天线馈线附近打过多过孔;

如果需要跨层，通过过孔转接时要合理安排地过孔，减少阻抗突变。

5. 结合实际使用方向考虑极化与方向性

设备在使用时，天线的朝向往往是固定的;

需要思考产品在桌面、墙面、手持时的摆放姿态，尽量让主辐射方向面对主要使用场景;

多天线系统中，还要考虑天线之间的间隔与隔离度，避免相互耦合严重。

六、常见应用场景下的2.4G板载天线思路

1. 智能家居与小型物联网设备

例如智能开关、网关、传感器：

产品体积小、成本敏感，非常适合板载天线方案;

使用环境多为室内，穿墙距离有限，对极限增益要求不如户外设备高;

设计时重点关注：安装位置(暗盒内、墙面上)、周围金属环境(配电箱、金属面板)。

2. 消费类电子：音箱、键鼠、手环等

对外观要求高，通常不希望外露天线;

产品空间有限，更依赖成熟的板载天线参考设计;

特别要注意人手接触对天线的“握持衰减”，需要在测试中考虑实际握持姿态。

3. 工业 2.4G 数传与遥控

有的场合需要一定距离和稳定性;

如果结构允许，可能会采用外接天线 + SMA 方案提升性能;

若坚持使用板载天线，需要更加严格的场景测试和针对性优化。

4. Wi-Fi 网关、小型路由

对吞吐、稳定性要求较高，很多产品会采用多天线设计;

常见组合为：板载天线 + 外接天线 或 多板载天线;

要充分考虑多天线之间的间距和相位关系，避免相互干扰。

七、如何选型或评估一款带2.4G板载天线的模组/方案?

对于很多团队来说，并不会从零开始画天线，而是：

直接选用带 2.4G板载天线的无线模组;

或者使用芯片原厂/模组厂提供的参考 PCB 设计。

在评估时，可以重点看：

射频指标

是否提供典型测试结果：发射功率、灵敏度、辐射图、增益等;

是否通过相关无线认证(例如各地区的法规认证)。

天线区域与整机结构匹配度

模组天线区域是否可以完全伸出到主板边缘;

整机外壳是否会对天线附近形成封闭金属腔体。

参考布局与应用指南是否完善

是否提供 PCB 堆叠建议、天线 Keep Out 区示意图;

是否提示哪些结构不利于天线性能(如金属框架、电池位置等)。

调试支持能力

是否有经验丰富的工程师支持现场调试或远程指导;

是否有推荐的匹配网络参数及调试流程。

八、2.4G板载天线调试与验证的几个关键点

网络分析仪测试(S11 / 回波损耗)

看天线是否在 2.4~2.5GHz 区间内有良好的谐振;

通过调匹配件，使谐振点落在目标频段中间位置。

暗室/OTA 测试

测量整机的辐射功率、灵敏度、吞吐量;

对比不同放置方向、不同场景(有无外壳、不同安装姿态)的表现。

实际场景测试

在典型使用环境(普通家庭、办公室、工厂厂房)做范围和稳定性测试;

记录数据包丢失率、重连率等指标，而不仅仅是“能连上”。

量产一致性抽检

随机抽取若干批次产品测试，确认天线性能无系统性偏差;

注意工艺、板材变更以及外壳细节更改后，需要重新验证。