硬件電路設(shè)計之“RF天線阻抗調(diào)試”

時間：2021-09-18 17:56:23

關(guān)鍵字：天線阻抗調(diào)試 RF

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[導(dǎo)讀]本文主要介紹RF天線的阻抗調(diào)試過程。RF天線的設(shè)計上一篇文章進(jìn)行了大概的介紹，設(shè)計完成后具體的調(diào)試步驟如下：校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀；通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測量阻抗；借助史密斯圓圖進(jìn)行阻抗匹配；選擇合適的電容和電感焊接到PCB上；測量無線芯片的輸出和輸入是否滿足要求。首先，測試之前需要使用校準(zhǔn)套件...

本文主要介紹RF天線的阻抗調(diào)試過程。

RF天線的設(shè)計上一篇文章進(jìn)行了大概的介紹，設(shè)計完成后具體的調(diào)試步驟如下：

校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀；
通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測量阻抗；
借助史密斯圓圖進(jìn)行阻抗匹配；
選擇合適的電容和電感焊接到PCB上；
測量無線芯片的輸出和輸入是否滿足要求。

首先，測試之前需要使用校準(zhǔn)套件進(jìn)行矢網(wǎng)校準(zhǔn)，這一步是非常重要的，任何儀器的初始狀態(tài)都將直接影響測量的準(zhǔn)確性。校準(zhǔn)完成之后，就選擇測試點測量傳輸線的阻抗，為了保證測量的準(zhǔn)確性和便捷性，會使用一個同軸線纜作為測試連接線，將同軸電纜的饋線焊接在模塊對應(yīng)封裝上的ANT腳PAD上（射頻模塊的ANT引腳作為50Ω參考點），緊接著把對地的兩個器件去掉，串聯(lián)器件使用精度為1%的0Ω電阻替代（在焊接串聯(lián)0Ω電阻時，不能使用焊錫直接短路，因為對高頻電路來說，焊錫容易產(chǎn)生寄生效應(yīng)，影響測量結(jié)果），天線焊接上，然后用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接同軸電纜，測試傳輸線最原始的阻抗。如果射頻模塊端還包含射頻開關(guān)及匹配網(wǎng)絡(luò)。則把射頻開關(guān)輸出端作為50Ω參考點，此處接入網(wǎng)絡(luò)分析儀分別測量傳輸線到天線的阻抗和傳輸線到芯片端口的阻抗。通過匹配之后，希望從該點往天線方向看進(jìn)去是50Ω和往芯片方向看進(jìn)去也是50Ω。選擇這里作為50Ω參考點主要有兩方面考慮：第一，該處到天線端是接收和發(fā)射的共同鏈路，只需要匹配一次，同時把天線對阻抗的影響也考慮了；到芯片端分別是接收和發(fā)射鏈路，需要分開匹配；第二，雖然匹配電路次數(shù)變多，但是每次匹配元器件數(shù)目少了，減少相互間影響，提高匹配效率。下面引用網(wǎng)上的例子，針對最簡單的傳輸線鏈路（RF模塊直接通過π型網(wǎng)絡(luò)連接到天線），假設(shè)測試的傳輸線在470MHz（比如470MHz是射頻模塊發(fā)送的中心頻點）上原始阻抗在（40.3 j13），接下來才是利用Smith chart匹配阻抗，將傳輸線在470MHz的阻抗匹配到50歐姆。也就是通過Z1,Z2,Z3把阻抗由（40.3 j13）歐姆，匹配到50歐姆。

接下來在Smith chart上找到40.3 j13這個點。通過采用在史密斯圓圖上并聯(lián)電容，串聯(lián)電容，并聯(lián)電感，串聯(lián)電感的方式，把原始阻抗點匹配到50歐姆，也就是紅色大圓和藍(lán)色大圓的交界點。

下圖為串聯(lián)電感，串電容，并電感，并電容的軌跡圖。

最終通過并聯(lián)一個34.8nh，串聯(lián)一個10.4pf的電容，使得把40.3 j13的阻抗匹配到50歐姆。

在匹配過程中，選擇元器件一般遵循以下幾個原則：

落地電容值不要過大，電容越大，容抗則越小，信號容易流入GND。
電容、電感值不要過小，因為存在誤差，容值、感值越小，誤差影響越大，影響批次的穩(wěn)定性。
電容、電感選擇常規(guī)值，方便替換和備料采購。沒有完全匹配的就要選擇相接近的參數(shù)值。把所匹配到器件值上到對應(yīng)的位置，需要用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀再次去驗證，根據(jù)實際結(jié)果，再次進(jìn)行器件值微調(diào)。

以上就是針對射頻天線阻抗的大致調(diào)試流程。