为什么越来越多的5G终端、CPE与小基站，都把“天线”做成一块薄薄的板?5G板状天线究竟解决了哪些痛点，又该如何把它做稳、做强、做实?

一、什么是“板状天线”

板状天线(Planar/Board Antenna)通常指在刚性PCB、柔性FPC或陶瓷基片上形成的微带、贴片、缝隙等辐射体及馈电结构。它外形扁平、易与整机结构一体化，适合5G Sub-6GHz与毫米波的多天线布设，常见于CPE路由器、工业网关、室分小站、智慧杆终端、车载与无人机等。

典型形态

微带贴片(Patch)、倒F(PIFA)、缝隙/缝隙耦合(Slot/CSRR)

阵列化板天线(4×4/8×8 MIMO)、相控/准相控方案

材料载体：FR-4、Rogers/PTFE、陶瓷、FPC

二、5G频段与板天线的契合点

Sub-6GHz：n41(约2.6GHz)、n77/n78(3.3–3.8GHz)、n79(4.8–5.0GHz，地区有差异)。板状形式易做宽频和多频，适配载波聚合与MIMO。

毫米波(mmWave)：24–29GHz、37–40GHz等。更依赖高介电常数、低损耗材料与阵列成波束，对加工精度与一致性要求极高。

NSA/SA并存：同机内往往共存4G/5G/Wi-Fi/GNSS，板天线便于版图协同与隔离设计。

三、工作机理与关键指标

机理简述：通过辐射贴片/缝隙与地之间形成谐振，馈电后在目标频段辐射能量;阵列通过相位/幅度分配形成指向性波束。

核心指标(落地务必关注)

带宽：S11≤-6/-10dB的有效工作带宽;5G多制式通常需≥8–20%相对带宽。

增益/方向图：单元增益常见2–6dBi;阵列定向增益可>10dBi。注意主瓣指向与旁瓣抑制。

效率：>50–70%较为健康;结构金属、装配件与线缆都会“吃掉”效率。

MIMO相关性(ECC)：理想ECC<0.5，优秀可<0.2;隔离度建议≥12–15dB，旗舰型追求>18dB。

驻波/匹配：S11、回损、阻抗轨迹(Smith图);匹配网络多用π/T结构微调。

极化：线极化、±45°交叉极化，或圆极化(特定场景)。

整机OTA：TRP/TIS、EIRP/EIS、吞吐、群时延、频间/模间干扰。

四、材料与结构设计要点

介质选择

FR-4：成本低，加工成熟，适合Sub-6入门与中端方案。

Rogers/PTFE/低损材料：介质损耗小、稳定性好，适合高性能Sub-6与毫米波。

铜厚与表面粗糙度：影响Q值与损耗，毫米波更敏感。

板叠与净空

天线周围尽量净空，顶部留出辐射空间;与金属骨架、屏蔽罩要保持距离。

地参考连续且完整，必要处用槽/缝调谐或做缺地区。

馈电方式

微带/同轴/探针/缝隙耦合皆可;选型考虑工艺、调试弹性与体积。

结构耦合

机壳、边框、支架甚至装饰件都会“改天线”;评估整机态再做定型。

温漂与环境

介电常数随温度/湿度变化;户外设备需考虑紫外、盐雾、冰冻、震动等。

五、射频前端与共存

匹配网络：预留RLC阵地，产线可微调适配不同批次与公差。

滤波与谐振管理：避开自谐与互耦;与Wi-Fi 5/6/7、蓝牙、GNSS同屏共存要做陷波/滤波与版图隔离。

PA/LNA与TDD：功率链路增益、线性度、噪声系数及开关隔离需与天线目标一起联动评估。

ESD与EMC：浪涌与静电防护器件要兼顾射频损耗。

六、MIMO与阵列：从“多根”到“会指向”

天线布局：四分象限、对称分布，尽量拉开天线单元间距，同时利用极化/方位正交降低相关性。

去耦手段：中和线、缺地槽、寄生单元、独立地隔离。

阵列与波束：相移/幅度控形，提升定向增益与覆盖;CPE/小站中常见8×8或更高规模。

人体/安装影响：手持与贴墙安装会改变近场，提前在仿真中引入人体/墙体模型并做实测验证。

七、典型应用落地

5G CPE/家庭网关：墙挂/窗台安装，建议阵列朝向小区基站方向;通过APP引导“最佳朝向”。

工业网关/AGV/无人机：追求轻薄与抗震;GPS/RTK共存时要拉开天线与电源/电机干扰。

室分小站/智慧杆：板状阵列嵌入外罩，美观、可维护;需兼顾散热与防水。

车载/轨道交通：与多系统共存(蜂窝+V2X+Wi-Fi);关注高速下多径与极化旋转。

八、测试与认证路径

研发阶段：仿真(HFSS/CST等)→样机走线与打样→暗室S参数与近远场→整机OTA(TRP/TIS/吞吐)。

一致性/法规：不同国家地区对5G设备有各自的型式认证与辐射限制;务必在项目初期梳理法规项并预留整改余量。

环境可靠：高低温循环、跌落/振动、盐雾、防水、防尘、UV老化。

量产一致性：对关键尺寸、材料批次、铜厚、贴装高度设定CPK目标;产线微调表(Matching Table)固化。

九、从零到一的设计流程

目标定义：频段/带宽、增益与效率、MIMO规模、整机结构与成本上限。

材料与工艺：选FR-4还是Rogers?铜厚、表面处理(沉金/OSP)?连接器(SMA/MMCX)或同轴跳线?

版图初版：按照净空、走线与地隔离原则布置;关键尺寸参数化以便扫频优化。

仿真与敏感度：扫介电常数、铜厚、装配偏差;评估装配公差对谐振点与效率的漂移。

样机与粗调：网络分析仪看S11/隔离;用阻容电感做初调，记录每一步改动与效果。

整机联调：带上PA/LNA与主板，在暗室做方向图、效率与吞吐;评估共存干扰。

封装结构与射频再校：加外壳/防水圈/装饰件后重新复测;必要时调整匹配或局部结构。

产线导入：建立工艺窗口与抽检项目，固化匹配档位;小批量试产→量产爬坡。

十、常见问题与对策

明明仿真很好，实测糟糕：整机金属件耦合、加工公差、同轴走线与夹具影响被低估;先做空口样再逐步加装。

多天线隔离不够：加中和线/缺地槽、旋转极化、增大间距、引入吸波材料(注意损耗成本)。

效率上不去：检查馈线与连接器损耗、地不连续、结构遮挡、匹配过度补偿。

频点飘：材料温漂/批次差异、装配压紧力不同导致介质常数变化;通过产线微调与材料管控解决。

毫米波调不稳：加工精度与一致性是关键;尽量减少转接、缩短走线，必要时采用封装天线(AiP)。

十一、选型与采购建议

成品板天线 vs. 自研：

追求快速上市、成本可控：选成熟成品，留匹配位二次调优。

追求高增益/特定外形：自研或与天线厂联合开发，NRE换性能。

材料与成本：Sub-6优先评估FR-4方案的可行性;若需更高效率或更宽带，再考虑Rogers/PTFE。

供应商考核：看暗室能力、量产一致性、工程响应速度与过往5G案例;小批评估样先跑一轮完整测试。