1.?概述

隨著頻率的增加，PCB上的走線，電路的參數(shù)會越來越重要。因為器件和電路的尺寸已經(jīng)可以和波長相比較?？梢杂霉剑?strong>波長（單位：厘米）=30000/頻率（單位：MHz）來計算波長。圖一中列出了433MHZ到7.9GHz的波長和4分之一波長。（選取這些頻率的原因是有一些ISM band,最后兩個是UWB的band）

隨著頻率的增加，PCB走線和導(dǎo)線就不再表現(xiàn)為單純的電阻，而表現(xiàn)出了不同的阻抗特性。頻率越高，主要特性越來越表現(xiàn)為容性或感性電抗。所以我們稱這種特性為阻抗或者是Z，而不再用電阻來稱呼。

2.?天線的駐波比

駐波比也叫做SWR，是英文Standing Wave Ratio的縮寫。SWR對天線來說是個重要的概念，因為他代表了天線和接收發(fā)射機的匹配的好壞。

理論來說，SWR的最理想情況為1:1，它代表了天線和接收發(fā)送機的完全匹配，所有的能量都進入了天線，發(fā)送了出去，沒有任何的能力發(fā)射回來。但是實際SWR是永遠沒有辦法達到1:1的。因為無論是器件還是走線都存著著寄生參數(shù)。

我們最求的是達到最小的SWR。在實際的應(yīng)用中，我們有個原則，如果能把實際的駐波比做成小于1.5:1，那么這個設(shè)計就被認為就是可以接受的了。因為從下表可以看出1.5:1的時候，接近96%的能量都已經(jīng)通過天線輻射了出去。

同時，在進行設(shè)計和測量的時候，我們會用到另一個參數(shù)叫反射系數(shù)，又叫做S11，單位是dB。?S11是個負數(shù)，如果S11的絕對值越大，那么說明反射越小。

3.?天線的測量

了解了以上的概念，我們來具體的說明如何進行天線的測量。

天線的調(diào)試目標(biāo)一般來說都是使得天線的端口阻抗為50ohm。這就是為什么一般的射頻設(shè)計中天線的接口，留了一個Pi型網(wǎng)絡(luò)或者T型網(wǎng)絡(luò)的原因。我們來看一個具體的例子就比較好理解了。

上圖中P點是天線的饋點，我們在進行射頻調(diào)試的時候，我們會進行接觸射頻性能的調(diào)試，也就是直接用射頻線把射頻信號引入綜測儀或頻譜儀，而不考慮天線。這時候我們都是用MM5829這個射頻接口進行調(diào)試。也就是說如果從P點向左看我們已經(jīng)把阻抗調(diào)成了50ohm，那么如果從P點向右看如果也是50ohm的阻抗，那么我們可以說整個的射頻鏈路到天線，他的阻抗都是匹配的，反射系數(shù)是最優(yōu)的。

其中C15不屬于匹配網(wǎng)絡(luò)的一部分，C15是一個隔直電容，真正的匹配網(wǎng)絡(luò)是后面的L32,C71,和C23。當(dāng)然在這個電路中，L32和C71已經(jīng)可以把天線調(diào)節(jié)到最好，所以C23是DNM(Do not mount),不用焊接。

下圖是一個實際的天線和匹配網(wǎng)絡(luò)

3.1 Simth 圓圖

在我們繼續(xù)討論天線的調(diào)試的時候，有必要認識一下Smith圓圖。

史密夫圖表(Smith chart，又稱史密斯圓圖)是在反射系散平面上標(biāo)繪有歸一化輸入阻抗（或?qū)Ъ{）等值圓族的圖表，主要用于傳輸線的阻抗匹配上。

下圖就是一個Smith圖的示意圖

• 串連器件的話，就要用到電阻圓。對于串連電感來說方向向上，對于串電容來說，阻抗的方向向下

• 并連器件的情況下，要用到等電導(dǎo)圓。對于并連電感來說方向向上，對于并電容來說，方向向下。

總結(jié)一個口訣：上感下容，左并右串

3．2 網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)

一般來說，我們需要用到網(wǎng)絡(luò)分析儀來進行天線的測量和調(diào)試。

在網(wǎng)絡(luò)分析儀在進行測量測試前，第一步就是要對網(wǎng)絡(luò)分析儀進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)的方法有兩種，一種是手動校準(zhǔn)，一種是電子校準(zhǔn)。現(xiàn)在的最新式的網(wǎng)分一般都配備的電子校準(zhǔn)，簡單，方便，容易。

下圖是網(wǎng)分的機械校準(zhǔn)件

它有 Open, Short和Load三個端口，可以在校準(zhǔn)的時候分別接在網(wǎng)分的射頻線上進行校準(zhǔn)

下圖是個電子校準(zhǔn)件。

校準(zhǔn)的時候連接在網(wǎng)分的射頻線端口，然后選擇e-cal就可以自動實現(xiàn)open, short,以及l(fā)oad的校準(zhǔn)。

3.3. 網(wǎng)分測量和校準(zhǔn)天線的過程

網(wǎng)分校準(zhǔn)完成后，我們就可以用它來進行天線的測量的優(yōu)化。下面以一個實際的例子來說明天線匹配的過程。

a. 首先測量出天線沒有任何匹配網(wǎng)絡(luò)時候的S參數(shù)。一般來說，我們定義的測量頻率點是在工作頻率的中心。比如說如果說2.4G wifi band, 我們就以2442MHz為中心，如果以868M ISM band,我們就以868MHz為中心。

下圖就是一個測量是把pi型網(wǎng)絡(luò)中的串聯(lián)器件焊上了0ohm后得到的一個結(jié)果。

我們用網(wǎng)分得到的結(jié)果如下圖

b. 匹配天線到最優(yōu)

有兩種方法可以把天線匹配到50ohm附近，一種是先串聯(lián)電感，再并聯(lián)電容；另一種是先串聯(lián)電容，再并聯(lián)電感。電容和電感的值我們可以用一些工具計算得到。比如說這款Smith V4.1工具。

我們可以用這個Smith chart的工具很容易就計算出來先要串接4.7nH的電感，然后再并接5.4pF的電容，最后的阻抗可以基本上為50Ohm。

從下圖中我們可以看出，DP2是我們用網(wǎng)分測出的在868MHz的原始阻抗16-2.54j ohm,串上電容后，沿著電阻圓移動到TP3,并連電容后，沿著電導(dǎo)圓向下移動到TP4點，基本上就是50ohm附近。

同樣的道理，我們還可以先串連電容，然后再并連電感。Smith圓圖中的過程如下所示。也就是說先并一個8.7pF的電容，再并一個6.3nH的電感也能夠把阻抗調(diào)節(jié)到50 Ohm附件

需要注意的事，我們現(xiàn)在得到的串并聯(lián)電容和電感的值，都是一個理論值。由于走線上的寄生電容和寄生電感的存在，電容和電感本身也不是一個純的電容和電感，所以我們要把我們仿真的值焊在實際的電路板上，用網(wǎng)絡(luò)分析儀去測試。然后根據(jù)實際測試的結(jié)果，去微調(diào)匹配電路的值，使得最終的測試結(jié)果接近最優(yōu)結(jié)果，從而天線的性能得到優(yōu)化。

4. 總結(jié)

本文介紹了一些射頻的基本概念，如駐波比，反射系數(shù)以及他們與天線效率的關(guān)系。重點介紹了如何用網(wǎng)分測試天線的原始性能，以及在仿真工具的指引下，如何實現(xiàn)天線最優(yōu)的性能。當(dāng)然天線的性能的調(diào)試不只是用網(wǎng)分使得反射最小，有時候?qū)I(yè)的天線廠家或者產(chǎn)品調(diào)試中還會去測量天線的方向圖，關(guān)于方向圖的相關(guān)知識，我們可以以后再討論。

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