天線設計指南（下）

　　環(huán)境對天線性能的影響

　　通常消費類產(chǎn)品中所使用的天線對PCB射頻接地層的大小和產(chǎn)品的塑料外殼非常敏感。可將天線模擬為一個LC諧振器，當L(電感)或C(電容)增加時，該LC諧振器的諧振頻率會下降。更大的射頻接地層和塑料外殼會增大有效電容，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諧振頻率產(chǎn)生的影響。通過實驗和測量證明，賽普拉斯可以確定天線的靈敏度并提供一個既簡單強大，又有效的解決方法，以便調試天線。

　　要想評估天線對射頻接地層大小的靈敏度，可以通過在各種可能尺寸的PCB上安裝天線進行實驗。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。

　　通過該曲線可以了解到，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，因此回波損耗也會越小。這便是好的PCB布局中的關鍵條件。給四分之一波長的天線提供的接地層越好，它與理論性能的關系也會越好。這是進行天線設計中的關鍵概念，可以解決沒有足夠空間提供給接地小型模塊天線的困難。

　　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的影響，要使用一個無線鼠標進行實驗，如圖27所示。將賽普拉斯MIFA放置在無線鼠標的塑料外殼中，然后測量該天線的諧振頻率。

　　圖27.塑料外殼的影響

　　通過圖26和圖27，可了解以下主要內容：

　　§ 將天線放置在靠近塑料外殼的地方時，諧振頻率會降低。

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

　　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

　　§ 必須確保在天線末梢或天線長度范圍附近不能有任何組件、固定螺釘或接地層。

　　§ 電池線或音頻線不能穿過天線或PCB上天線布線的同一側面。

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

　　§ 天線的方向應該符合最終產(chǎn)品的方向，這樣使天線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、芯片天線和導線天線的S11參數(shù)值(回波損耗)會越高。

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

　　§ 從天線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。

　　天線調試

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

　　圖28.調試和匹配網(wǎng)絡的參考圖

　　50Ω參考點被連接至具有一個端口網(wǎng)絡的網(wǎng)絡分析儀。進行天線調試期間，通過移除Balun匹配組件可以斷開同芯片的連接。進行Balun調試期間，會斷開同天線匹配組件的連接。

　　以下章節(jié)將詳細說明如何使用網(wǎng)絡分析儀來調試天線。雖然這里僅顯示了一個Pioneer套件無線鼠標的調試程序，不過該程序適用于所有天線調試。

　　調試過程

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

　　使用網(wǎng)絡分析儀來檢查天線調試。在第一個步驟中，先校準該網(wǎng)絡分析儀，然后通過調整匹配網(wǎng)絡組件和驗證Smith圖表中的調試進行天線調試。

　　調試過程中會使用：

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

　　§ Pioneer套件鼠標(如DUT)

　　§ 電氣延遲時間為350ps的半剛性電纜

　　§ 質量的射頻組件目錄(Johanson套件P/N:L402DC)

　　調試過程主要步驟為：

　　1.準備ID

　　2.設置并校準網(wǎng)絡分析儀

　　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調整調試

　　準備ID

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

　　1.打開塑料外殼，去掉電池或斷開供電電源。

　　2.使同軸線纜接近芯片的射頻輸出引腳。斷開芯片連接。否則，不僅僅是天線，就連Balun也會連接到同軸線纜。請參見圖29。

　　3.請確保，有一個裸露接地層靠近同軸線纜頭。將線纜的屏蔽或外殼接地。將該屏蔽/外殼接地時，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(jù)同軸線纜接地的位置，回波損耗測量的差值可為3dB。

　　4.將一個10pF的電容從50Ω參考點的第一個焊盤連接至天線末梢。要在同軸線纜和天線之間始終連接一個電容。這樣能夠阻止網(wǎng)絡分析儀的直流電。

　　圖29.同軸線纜的連接點

　　設置并校準網(wǎng)絡分析儀

　　1.使用3.5mm校準套件進行校準。接下來，將網(wǎng)絡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)絡分析儀上的S11并將其設為用戶1端口校準。

　　5.要求連接“open”加載時，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)絡分析儀會計算系數(shù)，并將50Ω加載顯示為Smith圖表上明確標記為50,0的參考點。

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