天線(xiàn)設計指南（下）

　　調試PCB空板

　　想要調試PCB空板，先要確定天線(xiàn)的阻抗，然后根據匹配網(wǎng)絡(luò )組件，在所需頻帶內使回波損耗低于10db。

　　1.將一個(gè)8.2pF大小的電容與天線(xiàn)串聯(lián)起來(lái)。在所需頻帶內，該電容的阻抗為0Ω。該阻抗便是天線(xiàn)阻抗。天線(xiàn)的阻抗等于(100.36–j34.82)，如Smith圖表中紅色圓圈所示。

　　圖30.僅針對天線(xiàn)的Smith圖表

　　2.確定天線(xiàn)的阻抗后，通過(guò)執行阻抗轉換使用拓撲使天線(xiàn)阻抗變?yōu)?0Ω。賽普拉斯MIFA或IFA的大部分匹配網(wǎng)絡(luò )(圖31所示)是由兩個(gè)組件構成的。

　　圖31.匹配網(wǎng)絡(luò )

　　可以使用標準的開(kāi)源工具(如Bern研究院的SmithV3.10)對匹配網(wǎng)絡(luò )組件進(jìn)行仿真。通過(guò)將0.45pF的并聯(lián)電容和3.6nH的串聯(lián)電感連接到天線(xiàn)，可以將天線(xiàn)阻抗轉換為50Ω,，從而能夠在所需的頻帶中去除虛擬部分。由于準確值不可用，因此我們要選擇一個(gè)0.5pF的并聯(lián)電容和一個(gè)3.6nH的串聯(lián)電感。

　　圖32.在Smith圖表中轉換為50Ω

　　以下顯示的是匹配網(wǎng)絡(luò )的最終原理圖。ZL表示阻抗為0歐姆時(shí)天線(xiàn)的阻抗。Zin指的是輸出阻抗為50歐姆時(shí)網(wǎng)絡(luò )分析儀觀(guān)察到的阻抗。

　　圖33.理論匹配網(wǎng)絡(luò )

　　仿真軟件有助于了解組件值。但實(shí)際組件值與仿真值的差別很大。出現這種情況是因為頻率為2.4GHz時(shí)，電容的走線(xiàn)間電感、焊盤(pán)的寄生加載以及接地返回路徑構建了一個(gè)附加的寄生回路，從而完全改變了Smith圖表。對于該應用，需要選擇一個(gè)0.7pF的電容和一個(gè)1.2pF的串聯(lián)電容，以得到諧振。

　　圖34.實(shí)際的匹配網(wǎng)絡(luò )

　　下面是該操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明。天線(xiàn)阻抗來(lái)自假定阻抗為0歐姆的8.2pF電容器。此外，該圖也顯示了頻率為2.4Ghz時(shí)走線(xiàn)間電感的寄生電容。接地返回路徑緊挨著(zhù)該天線(xiàn)。但由于使用了匹配組件，接地返回路徑將有額外的寄生電容。這樣天線(xiàn)的電感會(huì )很大，所以要添加幾個(gè)電容器以調整該電感。這是調整天線(xiàn)時(shí)遇到的典型問(wèn)題。理論與實(shí)踐間存在著(zhù)明顯的差別。用戶(hù)可添加一個(gè)電容器，但請注意，如果添加某個(gè)電感，Smith圖會(huì )向一定的方向移動(dòng)。圖35顯示的是使用實(shí)際組件的最終Smith圖表。

　　圖35.使用實(shí)際組件的Smith圖表

　　圖中也顯示了頻率分別為2402MHz、2440MHz和2480MHz的標志1、2和3接近Smith圖表上的(50,0)點(diǎn)。顯示的是一個(gè)良好的匹配。

　　下面制圖顯示了組件值的回撥損耗。大于15db的回波損耗符合我們的應用。

　　圖36.使用實(shí)際組件時(shí)的回波損耗

　　如同圖中所示，標志1、2和3的回波損耗大于15db。

　　使用塑料和人體接觸來(lái)調整調試

　　PCB的塑料外殼更改了天線(xiàn)調整。所有天線(xiàn)均受到近場(chǎng)或遠場(chǎng)物體的影響。如果是一個(gè)窄帶天線(xiàn)，它受近場(chǎng)物體的影響幾率非常大。

　　塑料外殼和附近移動(dòng)的電池線(xiàn)纜可使天線(xiàn)完全失調，并且在2.402G到2.482G的優(yōu)選頻帶內它的回波損耗會(huì )低于10db。因此，調試PCB空板后，需要使PCB保持在塑料外殼內，并使用鼠標重新檢測調試。這樣操作很復雜，尤其是還要將同軸電纜引出塑料裝配外。通過(guò)在ID內鉆出一小孔，可以將該同軸電纜引出去。最后使用塑料外殼或將一只手放在塑料外殼上面(如同用戶(hù)使用鼠標時(shí))進(jìn)行檢查調試效果。所觀(guān)察到的回波損耗的影響最小。

　　圖37.使用塑料裝置時(shí)的SmithChart，連接至ID的圖表

　　總結

　　本應用筆記簡(jiǎn)單介紹了如何使用PRoCBLE/PSoCBLE輕松設計自定義產(chǎn)品的最佳天線(xiàn)。同時(shí)也提供了針對不同天線(xiàn)類(lèi)型所需要的天線(xiàn)布局指南。

　　關(guān)于作者姓名：Tapan Pattnayak

　　職務(wù)：高級系統主管工程師

　　背景：2002年，Tapan在印度Kharagpur技術(shù)學(xué)院(IITKharagpur)獲得了電氣工程技術(shù)學(xué)士學(xué)位。目前，他在美國圣何塞的賽普拉斯半導體技術(shù)公司任職。

　　聯(lián)系方式：tapi@cypress.com