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    天線設計和射頻布局

    發表時間:2022/04/22
    天線設計和射頻布局對于在自由空間中傳輸和接收電磁輻射的無線系統至關重要。終端客戶從具有限流電源的RF產品中獲得的無線范圍(例如紐扣電池)在很大程度上取決于天線設計,外殼和良好的PCB布局。天線設計和射頻布局對于使用相同硅和相同功率但具有不同

    對于在自由空空間中發射和接收電磁輻射的無線系統來說,天線設計和RF布局非常重要。終端客戶從限流電源射頻產品獲得的無線范圍(如紐扣電池)很大程度上取決于天線設計、外殼和良好的PCB布局。

    天線設計和射頻布局

    對于具有相同硅和相同功率、但不同布局和天線設計實踐的設計來說,RF范圍有很大變化并不罕見。本應用筆記介紹在給定功率范圍內獲得最大范圍的最佳實踐、布局指南和天線調整程序。還討論了其它重要的總體布局考慮因素,如RF路由、電源去耦、過孔、PCB堆疊、天線和接地。詳細介紹了電感、電容等射頻無源器件的選擇。每個主題都以一個提示或與主題相關的設計項目列表結束。圖1示出了無線系統的關鍵組件,發射機(TX)和接收機(RX)。圖1。典型的短程無線系統

    典型的短程無線系統基于

    精心設計的天線可以保證無線產品的最佳工作距離。它能從無線電發射的功率越大,對于給定的分組錯誤率(PER)和接收機靈敏度,它能覆蓋的距離就越大。類似地,接收機端調諧良好的無線電可以使用天線產生的最小輻射。需要正確設計RF布局和無線電匹配網絡,以確保大部分無線電功率到達天線,反之亦然。

    2天線的基本知識一個天線基本上就是暴露在空中的導體。如果導體的長度是信號1波長的某個比值或倍數,它就成了天線。這種情況稱為“諧振”,因為饋入天線的電能輻射到自由空空間。圖2?;九紭O天線

    偶極天線基本

    天線通過稱為“天線饋電”的傳輸線饋電給天線。在這個長度上,電壓和電流駐波在導體的整個長度上形成,如圖2所示。輸入天線的電能以該頻率的電磁輻射形式輻射到自由搜索空間空。天線由阻抗為50 ω的天線饋電,傳輸到自由空房間,阻抗為377 ω 2。因此,天線幾何有兩個最重要的考慮因素:1 .天線長度2。圖2所示的λ/2長的天線稱為偶極天線。然而,印刷電路板中的大多數天線通過以特定方式具有/4長度的導體來實現相同的性能。參見圖3。通過在導體下方一定距離處接地,可以產生相同長度的圖像(/4)。當組合在一起時,這些腿就像偶極天線一樣工作。這種類型的天線被稱為四分之一波長(/4)單極天線。PCB上的大多數天線都是在銅接地層上實現的四分之一波長天線。請注意,信號現在是單端的,接地層充當返回路徑。

    圖3。四分之一波長天線

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    四分之一波長天線

    對于大多數PCB中使用的四分之一波長天線,重要的考慮因素是:

    1。天線長度2。天線饋電3。接地平面的形狀和尺寸以及返回路徑3的天線類型如前一節所述,任何長度為/4的導體都暴露在自由空空間中,接地平面上的適當饋電可以是有效的天線。根據波長的不同,天線可以和汽車的調頻天線或信標上的微小軌跡一樣長。對于2.4 GHz應用,大多數PCB天線屬于以下類型:1 .天線:這是一根在PCB上的自由空空間中延伸的導線,其長度與接地層上的/4匹配。這通常由50 ω 4傳輸線供電。由于其尺寸和三維暴露,線狀天線提供了最佳的性能和無線電頻率范圍。金屬絲可以是直的、螺旋形的或環形的。這是一個三維(3D)結構。天線高出PCB平面4-5 mm,伸入天線空。

    圖4:有線天線

    導線天線

    2。PCB:這是畫在PCB上的痕跡。根據天線的類型和空之間的限制,這可以是直跡線、倒F跡線、曲折曲線、圓形跡線或具有擺動的曲線。在PCB天線中,天線是在PCB的同一平面內的二維(2D)結構;參見圖5。由于裸露在自由空空間中的3D天線作為2D PCB走線連接到PCB平面,因此必須遵循以下準則。PCB天線需要更大的PCB面積,效率比線天線低,但更便宜。它易于制造,并且具有ble應用可接受的無線范圍。

    圖5。PCB天線

    PCB天線

    3。芯片:這是一個內部有導體的小型集成電路天線。這在印刷PCB天線或支持3D線天線受限空時非常有用。帶芯片天線的藍牙模塊參見圖6。下圖是天線和模塊的尺寸和硬幣的對比。圖6。帶芯片天線的賽普拉斯EZ BLE模塊(10毫米×10毫米)

    帶芯片天線的賽普拉斯EZ BLE模塊(10毫米×10毫米)

    在下一部分,我們將采取措施來選擇天線。

    天線設計和射頻布局

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