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硬件電路設(shè)計(jì)之“RF天線阻抗調(diào)試”

時(shí)間：2021-09-18 17:56:23
關(guān)鍵字： 天線阻抗    調(diào)試    RF   
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[導(dǎo)讀]本文主要介紹RF天線的阻抗調(diào)試過(guò)程。RF天線的設(shè)計(jì)上一篇文章進(jìn)行了大概的介紹，設(shè)計(jì)完成后具體的調(diào)試步驟如下：校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量阻抗；借助史密斯圓圖進(jìn)行阻抗匹配；選擇合適的電容和電感焊接到PCB上；測(cè)量無(wú)線芯片的輸出和輸入是否滿足要求。首先，測(cè)試之前需要使用校準(zhǔn)套件...

本文主要介紹RF天線的阻抗調(diào)試過(guò)程。



RF天線的設(shè)計(jì)上一篇文章進(jìn)行了大概的介紹，設(shè)計(jì)完成后具體的調(diào)試步驟如下：
  • 校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀；


  • 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量阻抗；


  • 借助史密斯圓圖進(jìn)行阻抗匹配；


  • 選擇合適的電容和電感焊接到PCB上；


  • 測(cè)量無(wú)線芯片的輸出和輸入是否滿足要求。



首先，測(cè)試之前需要使用校準(zhǔn)套件進(jìn)行矢網(wǎng)校準(zhǔn)，這一步是非常重要的，任何儀器的初始狀態(tài)都將直接影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。校準(zhǔn)完成之后，就選擇測(cè)試點(diǎn)測(cè)量傳輸線的阻抗，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性和便捷性，會(huì)使用一個(gè)同軸線纜作為測(cè)試連接線，將同軸電纜的饋線焊接在模塊對(duì)應(yīng)封裝上的ANT腳PAD上（射頻模塊的ANT引腳作為50Ω參考點(diǎn)），緊接著把對(duì)地的兩個(gè)器件去掉，串聯(lián)器件使用精度為1%的0Ω電阻替代（在焊接串聯(lián)0Ω電阻時(shí)，不能使用焊錫直接短路，因?yàn)閷?duì)高頻電路來(lái)說(shuō)，焊錫容易產(chǎn)生寄生效應(yīng)，影響測(cè)量結(jié)果），天線焊接上，然后用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接同軸電纜，測(cè)試傳輸線最原始的阻抗。如果射頻模塊端還包含射頻開關(guān)及匹配網(wǎng)絡(luò)。則把射頻開關(guān)輸出端作為50Ω參考點(diǎn)，此處接入網(wǎng)絡(luò)分析儀分別測(cè)量傳輸線到天線的阻抗和傳輸線到芯片端口的阻抗。通過(guò)匹配之后，希望從該點(diǎn)往天線方向看進(jìn)去是50Ω和往芯片方向看進(jìn)去也是50Ω。選擇這里作為50Ω參考點(diǎn)主要有兩方面考慮：第一，該處到天線端是接收和發(fā)射的共同鏈路，只需要匹配一次，同時(shí)把天線對(duì)阻抗的影響也考慮了；到芯片端分別是接收和發(fā)射鏈路，需要分開匹配；第二，雖然匹配電路次數(shù)變多，但是每次匹配元器件數(shù)目少了，減少相互間影響，提高匹配效率。下面引用網(wǎng)上的例子，針對(duì)最簡(jiǎn)單的傳輸線鏈路（RF模塊直接通過(guò)π型網(wǎng)絡(luò)連接到天線），假設(shè)測(cè)試的傳輸線在470MHz（比如470MHz是射頻模塊發(fā)送的中心頻點(diǎn)）上原始阻抗在（40.3 j13），接下來(lái)才是利用Smith chart匹配阻抗，將傳輸線在470MHz的阻抗匹配到50歐姆。也就是通過(guò)Z1,Z2,Z3把阻抗由（40.3 j13）歐姆，匹配到50歐姆。



接下來(lái)在Smith chart上找到40.3 j13這個(gè)點(diǎn)。通過(guò)采用在史密斯圓圖上并聯(lián)電容，串聯(lián)電容，并聯(lián)電感，串聯(lián)電感的方式，把原始阻抗點(diǎn)匹配到50歐姆，也就是紅色大圓和藍(lán)色大圓的交界點(diǎn)。



下圖為串聯(lián)電感，串電容，并電感，并電容的軌跡圖。



最終通過(guò)并聯(lián)一個(gè)34.8nh，串聯(lián)一個(gè)10.4pf的電容，使得把40.3 j13的阻抗匹配到50歐姆。


在匹配過(guò)程中，選擇元器件一般遵循以下幾個(gè)原則：
  • 落地電容值不要過(guò)大，電容越大，容抗則越小，信號(hào)容易流入GND。


  • 電容、電感值不要過(guò)小，因?yàn)榇嬖谡`差，容值、感值越小，誤差影響越大，影響批次的穩(wěn)定性。


  • 電容、電感選擇常規(guī)值，方便替換和備料采購(gòu)。沒有完全匹配的就要選擇相接近的參數(shù)值。把所匹配到器件值上到對(duì)應(yīng)的位置，需要用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀再次去驗(yàn)證，根據(jù)實(shí)際結(jié)果，再次進(jìn)行器件值微調(diào)。



以上就是針對(duì)射頻天線阻抗的大致調(diào)試流程。





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