天線(xiàn)設計指南（下）

　　環(huán)境對天線(xiàn)性能的影響

　　通常消費類(lèi)產(chǎn)品中所使用的天線(xiàn)對PCB射頻接地層的大小和產(chǎn)品的塑料外殼非常敏感?？蓪⑻炀€(xiàn)模擬為一個(gè)LC諧振器，當L(電感)或C(電容)增加時(shí)，該LC諧振器的諧振頻率會(huì )下降。更大的射頻接地層和塑料外殼會(huì )增大有效電容，從而降低諧振頻率。

　　接地層的影響

　　賽普拉斯已經(jīng)廣泛地研究了射頻接地層的大小和附近塑料外殼對天線(xiàn)諧振頻率產(chǎn)生的影響。通過(guò)實(shí)驗和測量證明，賽普拉斯可以確定天線(xiàn)的靈敏度并提供一個(gè)既簡(jiǎn)單強大，又有效的解決方法，以便調試天線(xiàn)。

　　要想評估天線(xiàn)對射頻接地層大小的靈敏度，可以通過(guò)在各種可能尺寸的PCB上安裝天線(xiàn)進(jìn)行實(shí)驗。圖26顯示的是MIFA被放置在接地層大小不同的PCB上的示例。PCB的尺寸范圍為20mm×20mm至50mm×50mm。

　　通過(guò)該曲線(xiàn)可以了解到，射頻接地層的面積越大，那么諧振頻率越低，并且接地層也越好，因此回波損耗也會(huì )越小。這便是好的PCB布局中的關(guān)鍵條件。給四分之一波長(cháng)的天線(xiàn)提供的接地層越好，它與理論性能的關(guān)系也會(huì )越好。這是進(jìn)行天線(xiàn)設計中的關(guān)鍵概念，可以解決沒(méi)有足夠空間提供給接地小型模塊天線(xiàn)的困難。

　　圖26.PCB

　　塑料外殼的影響

　　同樣，為確定產(chǎn)品的塑料外殼對天線(xiàn)的影響，要使用一個(gè)無(wú)線(xiàn)鼠標進(jìn)行實(shí)驗，如圖27所示。將賽普拉斯MIFA放置在無(wú)線(xiàn)鼠標的塑料外殼中，然后測量該天線(xiàn)的諧振頻率。

　　圖27.塑料外殼的影響

　　通過(guò)圖26和圖27，可了解以下主要內容：

　　§ 將天線(xiàn)放置在靠近塑料外殼的地方時(shí)，諧振頻率會(huì )降低。

　　§ 諧振頻率的變化范圍為100MHz至200MHz。必須重新調試天線(xiàn)才能獲得所需頻帶。

　　總之，加大接地層大小和塑料外殼是為了使天線(xiàn)的諧振頻率降低到100MHz至200MHz的范圍內。

　　產(chǎn)品外殼和接地層指南

　　§ 必須確保在天線(xiàn)末梢或天線(xiàn)長(cháng)度范圍附近不能有任何組件、固定螺釘或接地層。

　　§ 電池線(xiàn)或音頻線(xiàn)不能穿過(guò)天線(xiàn)或PCB上天線(xiàn)布線(xiàn)的同一側面。

　　§ 不能將金屬外殼完全覆蓋天線(xiàn)。如果產(chǎn)品外殼是金屬的或是一個(gè)保護罩，請不要將外殼完全覆蓋掉天線(xiàn)。

　　§ 天線(xiàn)的方向應該符合最終產(chǎn)品的方向，這樣使天線(xiàn)在所需的方向上具有最大的輻射。

　　§ 應該具有足夠的空間：接地層越大，MIFA、IFA、芯片天線(xiàn)和導線(xiàn)天線(xiàn)的S11參數值(回波損耗)會(huì )越高。

　　§ 天線(xiàn)正下方不應該存在任何接地層。請參考圖14。這個(gè)設置適用于所有天線(xiàn)。

　　§ 從天線(xiàn)到接地層要有足夠的空間(間隙)，該接地層的寬度應該最小。請參考圖10、圖15和圖21。

　　天線(xiàn)調試

　　天線(xiàn)調試過(guò)程確保在所需頻帶中，天線(xiàn)的回波損耗(從芯片輸出的方向來(lái)看)大于10dB。同樣，對于芯片(Balun)，要執行相同的程序，用以確保在接受模式下，Balun的阻抗為50Ω。這時(shí)天線(xiàn)調試和Balun調試均被稱(chēng)為天線(xiàn)調試。

　　圖28.調試和匹配網(wǎng)絡(luò )的參考圖

　　50Ω參考點(diǎn)被連接至具有一個(gè)端口網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )分析儀。進(jìn)行天線(xiàn)調試期間，通過(guò)移除Balun匹配組件可以斷開(kāi)同芯片的連接。進(jìn)行Balun調試期間，會(huì )斷開(kāi)同天線(xiàn)匹配組件的連接。

　　以下章節將詳細說(shuō)明如何使用網(wǎng)絡(luò )分析儀來(lái)調試天線(xiàn)。雖然這里僅顯示了一個(gè)Pioneer套件無(wú)線(xiàn)鼠標的調試程序，不過(guò)該程序適用于所有天線(xiàn)調試。

　　調試過(guò)程

　　如前面所述，外殼和接地層的影響使天線(xiàn)所需的頻帶失調，并且影響了回波損耗。因此，天線(xiàn)調試過(guò)程包括兩個(gè)步驟：首先，將PCB空板調試為所需頻帶;然后在確定ID后，通過(guò)塑料外殼和人體接觸檢查調試。

　　使用網(wǎng)絡(luò )分析儀來(lái)檢查天線(xiàn)調試。在第一個(gè)步驟中，先校準該網(wǎng)絡(luò )分析儀，然后通過(guò)調整匹配網(wǎng)絡(luò )組件和驗證Smith圖表中的調試進(jìn)行天線(xiàn)調試。

　　調試過(guò)程中會(huì )使用：

　　§ 安捷倫(Agilent)8714ES網(wǎng)絡(luò )分析儀(已校準)

　　§ Pioneer套件鼠標(如DUT)

　　§ 電氣延遲時(shí)間為350ps的半剛性電纜

　　§ 質(zhì)量的射頻組件目錄(Johanson套件P/N:L402DC)

　　調試過(guò)程主要步驟為：

　　1.準備ID

　　2.設置并校準網(wǎng)絡(luò )分析儀

　　3.PCB空板調試。如同圖中所示，標志1、2和3的回波損耗大于15db。

　　4.使用塑料和人體接觸來(lái)調整調試

　　準備ID

　　該步驟非常重要，因為同軸線(xiàn)纜的放置情況會(huì )使s11的變化值為3dB。盡量使同軸線(xiàn)纜屏蔽的接地連接靠近傳輸線(xiàn)返回路徑。請執行以下操作：

　　1.打開(kāi)塑料外殼，去掉電池或斷開(kāi)供電電源。

　　2.使同軸線(xiàn)纜接近芯片的射頻輸出引腳。斷開(kāi)芯片連接。否則，不僅僅是天線(xiàn)，就連Balun也會(huì )連接到同軸線(xiàn)纜。請參見(jiàn)圖29。

　　3.請確保，有一個(gè)裸露接地層靠近同軸線(xiàn)纜頭。將線(xiàn)纜的屏蔽或外殼接地。將該屏蔽/外殼接地時(shí)，盡量縮短它與地面間的距離。該距離越小，調試準確度就越高。根據同軸線(xiàn)纜接地的位置，回波損耗測量的差值可為3dB。

　　4.將一個(gè)10pF的電容從50Ω參考點(diǎn)的第一個(gè)焊盤(pán)連接至天線(xiàn)末梢。要在同軸線(xiàn)纜和天線(xiàn)之間始終連接一個(gè)電容。這樣能夠阻止網(wǎng)絡(luò )分析儀的直流電。

　　圖29.同軸線(xiàn)纜的連接點(diǎn)

　　設置并校準網(wǎng)絡(luò )分析儀

　　1.使用3.5mm校準套件進(jìn)行校準。接下來(lái)，將網(wǎng)絡(luò )分析儀的校準套件設置為3.5mm后，按下Agilent8714ES上的cal(校準)按鍵。您也可以使用其他校準套件，如N型校準套件。

　　2.按下頻率按鍵，分別將啟動(dòng)頻率和停止頻率設置為2GHz和3GHz，將格式設為Smith圖表。

　　3.按下marker(標記)按鍵，將各標記的頻率分別設為2.402GHz、2.44GHz和2.48GHz。

　　4.按下cal(校準)按鍵，選擇網(wǎng)絡(luò )分析儀上的S11并將其設為用戶(hù)1端口校準。

　　5.要求連接“open”加載時(shí)，請連接“open”加載，并按下measurestandard。

　　6.連接“Short”加載，并按下measurestandard。

　　7.連接至“broadband”加載，并按下measurestandard。然后網(wǎng)絡(luò )分析儀會(huì )計算系數，并將50Ω加載顯示為Smith圖表上明確標記為50,0的參考點(diǎn)。

　　8.通過(guò)按下‘scale’按鍵并正確設置電氣延遲，可調試同軸線(xiàn)纜和設置電氣延遲。