基于Melexis无线芯片的平衡环天线设计

概述
本篇文章概述了MELEXIS无线接收芯片MLX71120和MLX71121的平衡环天线设计。提供了详细的设计过程，包括完整的计算步骤。文章中所有的电路是基于内部集成中频滤波器的MLX71121而设计的，对于MLX71120而言，需要考虑外置中频滤波器。
应用场合
?   没有外置天线体积非常小的射频接收机
?   需要较高灵敏度但是又不采用SAW滤波器

工作原理
因为MLX71120/21接收机的内部有两个相同的LNA和一个差分的混频器输入，故可采用一个带有简单电容加载的平衡环天线来实现匹配。这个LNA有一个公共的输出调谐电路，每一个LNA可以驱动混频器的一路。


图1、433MHz应用电路

两个LNA的输入管脚Pin1和Pin8连接到环天线。C1和C2调谐环天线，两者的比值将环天线匹配到LNA的输入端。在433MHz，每一个LNA都可以等效为300欧姆的电阻加一个3pF的电容。因此，这相当于C1两端的负载是600欧姆。
PCB板上的环可以测试到电感值66.76nH，在433MHz谐振电容是2.02pF。C1和C2一起调谐环天线。环天线的空载品质因数约为380，其电阻值可以计算得到182欧姆，因此空载阻抗为



接收机输入端加载环后的品质因数QL一定小于380.
空载品质因数Q0，加载品质因数为QL
调谐电路的插损可以由下述公式给出：


在接收灵敏度和频率选择性有必要做一个平衡。因为选择性越好，需要的品质因数越高，而这也意味着插损加大，灵敏度降低。
此处选择加载品质因数为120，这意味着环的阻抗为


而这个值可以理解为空载环阻抗和接收端的转换阻抗的并联，因此这个接收端加到环的阻抗一定是31.8K欧姆。

这给出了接收端输入部分的阻抗比值为 31.8K/600=53

因此  



实际上，C2=15pF，C1=2pF时可以在Pin24测试得到最好的RSSI。
LNA的管脚LNAO1和LNAO2是集电极的开路输出端，需要DC通过电感来供电。每一路都可以用一个电感加并联电容的方式来实现，也可以在两个电感间接一个电容。就是本例中的C4，其电容值的一半与每一个电感一起调谐电路。
接收端其他部分的电路与MLX71120或MLX71121的标准评估板是一致的。
接收灵敏度可以通过下式计算



这里： P_R 是接收功率， G_R 是接收天线的增益，本例中，G_R约为1.5倍的辐射因数，E= 天线的电场强度。一部分接收信号消耗在天线上，一部分进入到接收端的输入口。进入到接收机输入端的的有效功率是P_R的(Q_0-Q_L)/Q_0  倍。因此如果有效功率已知，就可以计算得到E其单位是μV?m。 这些可以从MELEXIS官网得到。下图是应用433MHz同一环天线在315MHz的匹配电路。



图2、315MHz应用电路


是图1和图2中的元件值