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天線設(shè)計(jì)指南(中)

作者:Tapan Pattnayak 時(shí)間:2016-03-18 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  天線饋電的考量

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/201603/288482.htm

  表2顯示的是雙層FR4頂層和底層間厚度的“W”值(相應(yīng)的介電常數(shù)為4.3)。頂層包含了天線走線;而底層則是包含了固態(tài)RF接地層的下一層。底層的余下空間可以作為信號(hào)接地層使用(針對(duì)PRoC/PSoC和其他電路)。圖11顯示的是典型的雙層厚度的“W”值。

  表2.FR4PCB的“W”值:天線層與相鄰射頻的接地層間的厚度。

  圖11.PCB厚度說明

  對(duì)于為天線饋電更短的PCB走線,這樣的寬度要求是比較寬松的。要確保天線走線的寬度和天線饋電接點(diǎn)的寬度相同。在圖12展示的情況中,天線饋電的走線寬度不是表2中所規(guī)定的寬度。

  圖12.短走線的天線饋電寬度

  但如果傳輸線較長(從匹配網(wǎng)絡(luò)至天線或回到PRoC/PSoC的ANT引腳的線的長約為1cm),那么賽普拉斯建議使用底層上寬度特定的“W”的傳輸線(TLine)類型(該線被放置在PCB上)作為饋源。

  圖13表示的是MIFA的S11。該MIFA的帶寬(S11≤–10dB)范圍為2.44GHz±230MHz。因此,在2.44GHz±230MHz的范圍內(nèi),天線的反射小于或等于10%,這樣將夠用于BLE應(yīng)用。

  圖13.MIFA的S11(回波損耗=–S11)

  圖14顯示的是MIFA在2.44GHz頻率時(shí)完整的3D輻射增益圖。在給自定義應(yīng)用設(shè)置MIFA天線時(shí),該信息非常有用,有助于在需要的方向上得到最大的輻射。在上面的圖中:MIFA被放置在XY平面上,Z軸方向與它垂直。

  圖14.MIFA的3D輻射增益圖

  提供該輻射圖,可以知道:最大的輻射出現(xiàn)在與X軸成30°角度的圓錐空間內(nèi)。這是因?yàn)镸IFA在XY平面上不能保持正橫或正豎的方向。MIFA豎向部分和末梢和均參加了輻射,并形成一個(gè)傾斜的輻射圖。

  天線長度的考量

  根據(jù)PCB的不同厚度,需要調(diào)整MIFA天線的長度,這樣才能調(diào)整天線輻射的阻抗和頻率選擇。根據(jù)不同的電路板厚度,賽普拉斯提供了下面各天線長度。

  圖15.MIFA的長度

  表3.豎向部分和末梢的長度(L_Tip/L_leg)

  圖15顯示的是兩種適用于兩個(gè)不同電路板厚度的MIFA天線。設(shè)計(jì)人員根據(jù)特定的電路板厚度進(jìn)行調(diào)整MIFA天線的長度時(shí),請(qǐng)參考表3。

  倒F天線(IFA)

  對(duì)于天線的尺寸有一定限制條件的應(yīng)用中(例如心率監(jiān)視器),推薦您選用這種IFA。圖16顯示所推薦的IFA的詳細(xì)布局,其中包含了雙層PCB中的頂層和底層。其走線寬度約為24mm。

  對(duì)于厚度為1.6mm的FR4PCB,IFA的尺寸被設(shè)計(jì)為4mm×20.5mm(157.5mils×807mils)。與MIFA相比,IFA的寬高比(寬度和高度的比例)更大。

  圖16.IFA布局

  頂層(天線層)

  底層(RF接地層)

  注意:有關(guān)1.6mm厚的FR4PCB的Gerber文件(和.brd文件),請(qǐng)參考www.cypress.com/go/AN91445網(wǎng)頁上的AN91445.zip文件。

  饋電走線的寬度“W”受產(chǎn)品中PCB堆棧的影響。表4根據(jù)頂層(天線層)和底層(相鄰射頻接地層)間不同的PCB厚度給FR4基板提供了相應(yīng)的“W”值(相應(yīng)的介電常數(shù)為4.3)。頂層包含天線跡線;而底層則為其緊挨的包含了固態(tài)RF接地層的下一層。底層上剩余的PCB空間可以作為信號(hào)接地平面使用(對(duì)于PRoC/PSoC和其他電路)。圖17將典型的雙層PCB的“PCB厚度”的概念與“F”值聯(lián)系起來。

  表4.FR4PCB的“F”值:天線層與相鄰射頻的接地層間的厚度。

  圖17.PCB厚度說明

  對(duì)于小于3mm的短走線,天線饋電厚度是可以調(diào)整的。天線饋電的厚度可以與天線走線厚度相同,請(qǐng)參見圖12。

  IFA在220MHz的帶寬上(S11≤–10dB)的頻率約為2.44GHz,如圖18中所示。

  圖18.IFA的S11(回波損耗=-S11)

  圖19顯示的是IFA在XY平面上的定性輻射圖。在為客戶應(yīng)用設(shè)置IFA天線時(shí),該信息非常有用,有助于在需要的方向上得到最大的輻射。為了便于觀察,圖中只顯示了定性輻射的方向。有關(guān)所有XY、YZ、ZX平面上詳細(xì)的輻射圖,請(qǐng)聯(lián)系賽普拉斯的技術(shù)支持。

  圖19.IFA的定性2D輻射增益圖


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