非常实用: 2.4G天线设计指南(赛普拉斯工程师力作) 下篇

线返回路径。请执行以下操作：

　　

1.打开塑料外壳，去掉电池或断开供电电源。

　　

2.使同轴线缆接近芯片的射频输出引脚。断开芯片连接。否则，不仅仅是天线，就连Balun也会连接到同轴线缆。请参见图29。

　　

3.请确保，有一个裸露接地层靠近同轴线缆头。将线缆的屏蔽或外壳接地。将该屏蔽/外壳接地时，尽量缩短它与地面间的距离。该距离越小，调试准确度就越高。根据同轴线缆接地的位置，回波损耗测量的差值可为3dB。　　

4.将一个10pF的电容从50Ω参考点的第一个焊盘连接至天线末梢。要在同轴线缆和天线之间始终连接一个电容。这样能够阻止网络分析仪的直流电。 　　

图29.同轴线缆的连接点　　

设置并校准网络分析仪　　

1.使用3.5mm校准套件进行校准。接下来，将网络分析仪的校准套件设置为3.5mm后，按下Agilent8714ES上的cal(校准)按键。您也可以使用其他校准套件，如N型校准套件。　　

2.按下频率按键，分别将启动频率和停止频率设置为2GHz和3GHz，将格式设为Smith图表。　　

3.按下marker(标记)按键，将各标记的频率分别设为2.402GHz、2.44GHz和2.48GHz。　　

4.按下cal(校准)按键，选择网络分析仪上的S11并将其设为用户1端口校准。　　

5.要求连接"open"加载时，请连接"open"加载，并按下measurestandard。　　

6.连接"Short"加载，并按下measurestandard。　　

7.连接至"broadband"加载，并按下measurestandard。然后网络分析仪会计算系数，并将50Ω加载显示为Smith图表上明确标记为50,0的参考点。　　

8.通过按下‘scale’按键并正确设置电气延迟，可调试同轴线缆和设置电气延迟。　

调试PCB空板　　

想要调试PCB空板，先要确定天线的阻抗，然后根据匹配网络组件，在所需频带内使回波损耗低于10db。　　

1.将一个8.2pF大小的电容与天线串联起来。在所需频带内，该电容的阻抗为0Ω。该阻抗便是天线阻抗。天线的阻抗等于(100.36–j34.82)，如Smith图表中红色圆圈所示。 　　

图30.仅针对天线的Smith图表　　

2.确定天线的阻抗后，通过执行阻抗转换使用拓扑使天线阻抗变为50Ω。赛普拉斯MIFA或IFA的大部分匹配网络(图31所示)是由两个组件构成的。　　

图31.匹配网络　　

可以使用标准的开源工具(如Bern研究院的SmithV3.10)对匹配网络组件进行仿真。通过将0.45pF的并联电容和3.6nH的串联电感连接到天线，可以将天线阻抗转换为50Ω,，从而能够在所需的频带中去除虚拟部分。由于准确值不可用，因此我们要选择一个0.5pF的并联电容和一个3.6nH的串联电感。　　

图32.在Smith图表中转换为50Ω　　

以下显示的是匹配网络的最终原理图。ZL表示阻抗为0欧姆时天线的阻抗。Zin指的是输出阻抗为50欧姆时网络分析仪观察到的阻抗。　　

图33.理论匹配网络　　

仿真软件有助于了解组件值。但实际组件值与仿真值的差别很大。出现这种情况是因为频率为2.4GHz时，电容的走线间电感、焊盘的寄生加载以及接地返回路径构建了一个附加的寄生回路，从而完全改变了Smith图表。对于该应用，需要选择一个0.7pF的电容和一个1.2pF的串联电容，以得到谐振。　　

图34.实际的匹配网络　　

下面是该操作的简要说明。

天线阻抗来自假定阻抗为0欧姆的8.2pF电容器。此外，该图也显示了频率为2.4Ghz时走线间电感的寄生电容。接地返回路径紧挨着该天线。但由于使用了匹配组件，接地返回路径将有额外的寄生电容。这样天线的电感会很大，所以要添加几个电容器以调整该电感。这是调整天线时遇到的典型问题。理论与实践间存在着明显的差别。用户可添加一个电容器，但请注意，如果添加某个电感，Smith图会向一定的方向移动。图35显示的是使用实际组件的最终Smith图表。　　

图35.使用实际组件的Smith图表　　

图中也显示了频率分别为2402MHz、2440MHz和2480MHz的标志1、2和3接近Smith图表上的(50,0)点。显示的是一个良好的匹配。　　

下面制图显示了组件值的回拨损耗。大于15db的回波损耗符合我们的应用。　　

图36.使用实际组件时的回波损耗　　

如同图中所示，标志1、2和3的回波损耗大于15db。　　

使用塑料和人体接触来调整调试　　

PCB的塑料外壳更改了天线调整。所有天线均受到近场或远场物体的影响。如果是一个窄带天线，它受近场物体的影响几率非常大。　　

塑料外壳和附近移动的电池线缆可使天线完全失调，并且在2.402G到2.482G的优选频带内它的回波损耗会低于10db。因此，调试PCB空板后，需要使PCB保持