天線設(shè)計(jì)指南（下）

　　環(huán)境對(duì)天線性能的影響

　　通常消費(fèi)類產(chǎn)品中所使用的天線對(duì)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(gè)LC諧振器，當(dāng)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(duì)天線諧振頻率產(chǎn)生的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和測(cè)量證明，賽普拉斯可以確定天線的靈敏度并提供一個(gè)既簡(jiǎn)單強(qiáng)大，又有效的解決方法，以便調(diào)試天線。

　　要想評(píng)估天線對(duì)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上安裝天線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。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(zhǎng)的天線提供的接地層越好，它與理論性能的關(guān)系也會(huì)越好。這是進(jìn)行天線設(shè)計(jì)中的關(guān)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(duì)天線的影響，要使用一個(gè)無(wú)線鼠標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖27所示。將賽普拉斯MIFA放置在無(wú)線鼠標(biāo)的塑料外殼中，然后測(cè)量該天線的諧振頻率。

　　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(nèi)容：

　　§ 將天線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(diào)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(nèi)。

　　產(chǎn)品外殼和接地層指南

　　§ 必須確保在天線末梢或天線長(zhǎng)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(guò)天線或PCB上天線布線的同一側(cè)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(gè)保護(hù)罩，請(qǐng)不要將外殼完全覆蓋掉天線。

　　§ 天線的方向應(yīng)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(yīng)該具有足夠的空間：接地層越大，MIFA、IFA、芯片天線和導(dǎo)線天線的S11參數(shù)值(回波損耗)會(huì)越高。

　　§ 天線正下方不應(yīng)該存在任何接地層。請(qǐng)參考圖14。這個(gè)設(shè)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(yīng)該最小。請(qǐng)參考圖10、圖15和圖21。

　　天線調(diào)試

　　天線調(diào)試過(guò)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(lái)看)大于10dB。同樣，對(duì)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(shí)天線調(diào)試和Balun調(diào)試均被稱為天線調(diào)試。

　　圖28.調(diào)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)行天線調(diào)試期間，通過(guò)移除Balun匹配組件可以斷開同芯片的連接。進(jìn)行Balun調(diào)試期間，會(huì)斷開同天線匹配組件的連接。

　　以下章節(jié)將詳細(xì)說(shuō)明如何使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)調(diào)試天線。雖然這里僅顯示了一個(gè)Pioneer套件無(wú)線鼠標(biāo)的調(diào)試程序，不過(guò)該程序適用于所有天線調(diào)試。

　　調(diào)試過(guò)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(diào)，并且影響了回波損耗。因此，天線調(diào)試過(guò)程包括兩個(gè)步驟：首先，將PCB空板調(diào)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(diào)試。

　　使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)檢查天線調(diào)試。在第一個(gè)步驟中，先校準(zhǔn)該網(wǎng)絡(luò)分析儀，然后通過(guò)調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)組件和驗(yàn)證Smith圖表中的調(diào)試進(jìn)行天線調(diào)試。

　　調(diào)試過(guò)程中會(huì)使用：

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

　　§ Pioneer套件鼠標(biāo)(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(diào)試過(guò)程主要步驟為：

　　1.準(zhǔn)備ID

　　2.設(shè)置并校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀

　　3.PCB空板調(diào)試。如同圖中所示，標(biāo)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(diào)整調(diào)試

　　準(zhǔn)備ID

　　該步驟非常重要，因?yàn)橥S線纜的放置情況會(huì)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(qǐng)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(huì)連接到同軸線纜。請(qǐng)參見圖29。

　　3.請(qǐng)確保，有一個(gè)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(shí)，盡量縮短它與地面間的距離。該距離越小，調(diào)試準(zhǔn)確度就越高。根據(jù)同軸線纜接地的位置，回波損耗測(cè)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)焊盤連接至天線末梢。要在同軸線纜和天線之間始終連接一個(gè)電容。這樣能夠阻止網(wǎng)絡(luò)分析儀的直流電。

　　圖29.同軸線纜的連接點(diǎn)

　　設(shè)置并校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀

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

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

　　3.按下marker(標(biāo)記)按鍵，將各標(biāo)記的頻率分別設(shè)為2.402GHz、2.44GHz和2.48GHz。

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

　　5.要求連接“open”加載時(shí)，請(qǐng)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(jì)算系數(shù)，并將50Ω加載顯示為Smith圖表上明確標(biāo)記為50,0的參考點(diǎn)。

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