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详解天线如何接在射频电路?

2022-01-10  汉无为

一 基本原理

射频模块的天线输出口ANT端,可以被称为Source端,天线可以被称为Load端,而我们所要匹配的线路乃是Source端到Load端之间的走线。因为最理想的情况下,一般射频模块Source端输出阻抗为50欧(具体实际阻抗必须详看模块datasheet),传输线的阻抗也为50欧姆,负载Load端的阻抗也为50欧姆,这样就可以使的source端的能量完全通过天线辐射出去,不会在传输线中产生损耗。但是实际情况由于板材的介电常数、布线线宽、铜箔厚度等因素,未必会使得Source端到Load端的传输线阻抗为50欧姆,所以通常会在Source端到Load之间留有Π网络,以便进行阻抗匹配。

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二 天线匹配步骤

1. 首先在射频模块的ANT脚包上一层青稞纸,防止测试的时候同轴电缆的信号馈线与模块的ANT脚形成电气连接,影响测试的准确性,然后同轴电缆的馈线焊接在模块对应封装上的ANT脚PAD上,紧接着把对地的两个器件去掉,串联器件使用精度为1%的电阻替代,天线焊接上,然后用矢量网络分析仪连接同轴电缆,测试传输线最原始的阻抗,接下来才利用Smith chart匹配元件,把阻抗传输线阻抗匹配到50欧姆。(注意,在焊接串联0R电阻时,不能使用焊锡直接短路,因为从高频上看,利用焊锡短路这种方式,会有寄生效应,使得测出来的原始阻抗不准)

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2. 校准矢量网络分析仪,进行阻抗测试,比如我们举个例子,如果测试的负载在470Mhz(比如470Mhz是射频模块发送的中心频点)上原始阻抗在(40.3+j13),接下来我就要用smith chart,将在470Mhz的阻抗匹配到50欧姆。也就是通过Z1,Z2,Z2把阻抗由(40.3+j13)欧姆,匹配到50欧姆。首在Smith chart上找到40.3+j13这个点。

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3.通过采用在史密斯圆图上并联电容,串联电容,并联电感,串联电感的方式,把原始阻抗点匹配到50欧姆,也就是红色大圆和蓝色大圆的交界点。

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下图为串联电感,串电容,并电感,并电容的轨迹图。

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4. 最终通过并联一个34.8nh,串联一个10.4pf的电容,使得把40.3+j13的阻抗匹配到50欧姆。

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5.有时候我们匹配到的器件参数值,市面上很难有相对应的器件,此时,我们就要选择相接近的参数值。把所匹配到器件值上到对应的位置,需要用矢量网络分析仪再次去验证,根据实际结果,再次进行器件值微调整。

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