對(duì)于在自由空空間中發(fā)射和接收電磁輻射的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，天線(xiàn)設(shè)計(jì)和RF布局非常重要。終端客戶(hù)從限流電源射頻產(chǎn)品獲得的無(wú)線(xiàn)范圍(如紐扣電池)很大程度上取決于天線(xiàn)設(shè)計(jì)、外殼和良好的PCB布局。

天線(xiàn)設(shè)計(jì)和射頻布局

對(duì)于具有相同硅和相同功率、但不同布局和天線(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)踐的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，RF范圍有很大變化并不罕見(jiàn)。本應(yīng)用筆記介紹在給定功率范圍內(nèi)獲得最大范圍的最佳實(shí)踐、布局指南和天線(xiàn)調(diào)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(guò)孔、PCB堆疊、天線(xiàn)和接地。詳細(xì)介紹了電感、電容等射頻無(wú)源器件的選擇。每個(gè)主題都以一個(gè)提示或與主題相關(guān)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目列表結(jié)束。圖1示出了無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，發(fā)射機(jī)(TX)和接收機(jī)(RX)。圖1。典型的短程無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)

典型的短程無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)基于

精心設(shè)計(jì)的天線(xiàn)可以保證無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的最佳工作距離。它能從無(wú)線(xiàn)電發(fā)射的功率越大，對(duì)于給定的分組錯(cuò)誤率(PER)和接收機(jī)靈敏度，它能覆蓋的距離就越大。類(lèi)似地，接收機(jī)端調(diào)諧良好的無(wú)線(xiàn)電可以使用天線(xiàn)產(chǎn)生的最小輻射。需要正確設(shè)計(jì)RF布局和無(wú)線(xiàn)電匹配網(wǎng)絡(luò)，以確保大部分無(wú)線(xiàn)電功率到達(dá)天線(xiàn)，反之亦然。

2天線(xiàn)的基本知識(shí)一個(gè)天線(xiàn)基本上就是暴露在空中的導(dǎo)體。如果導(dǎo)體的長(zhǎng)度是信號(hào)1波長(zhǎng)的某個(gè)比值或倍數(shù)，它就成了天線(xiàn)。這種情況稱(chēng)為“諧振”，因?yàn)轲伻胩炀€(xiàn)的電能輻射到自由空空間。圖2?；九紭O天線(xiàn)

偶極天線(xiàn)基本

天線(xiàn)通過(guò)稱(chēng)為“天線(xiàn)饋電”的傳輸線(xiàn)饋電給天線(xiàn)。在這個(gè)長(zhǎng)度上，電壓和電流駐波在導(dǎo)體的整個(gè)長(zhǎng)度上形成，如圖2所示。輸入天線(xiàn)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(xiàn)由阻抗為50 ω的天線(xiàn)饋電，傳輸?shù)阶杂煽辗块g，阻抗為377 ω 2。因此，天線(xiàn)幾何有兩個(gè)最重要的考慮因素:1 .天線(xiàn)長(zhǎng)度2。圖2所示的λ/2長(zhǎng)的天線(xiàn)稱(chēng)為偶極天線(xiàn)。然而，印刷電路板中的大多數(shù)天線(xiàn)通過(guò)以特定方式具有/4長(zhǎng)度的導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的性能。參見(jiàn)圖3。通過(guò)在導(dǎo)體下方一定距離處接地，可以產(chǎn)生相同長(zhǎng)度的圖像(/4)。當(dāng)組合在一起時(shí)，這些腿就像偶極天線(xiàn)一樣工作。這種類(lèi)型的天線(xiàn)被稱(chēng)為四分之一波長(zhǎng)(/4)單極天線(xiàn)。PCB上的大多數(shù)天線(xiàn)都是在銅接地層上實(shí)現(xiàn)的四分之一波長(zhǎng)天線(xiàn)。請(qǐng)注意，信號(hào)現(xiàn)在是單端的，接地層充當(dāng)返回路徑。

圖3。四分之一波長(zhǎng)天線(xiàn)

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四分之一波長(zhǎng)天線(xiàn)

對(duì)于大多數(shù)PCB中使用的四分之一波長(zhǎng)天線(xiàn)，重要的考慮因素是:

1。天線(xiàn)長(zhǎng)度2。天線(xiàn)饋電3。接地平面的形狀和尺寸以及返回路徑3的天線(xiàn)類(lèi)型如前一節(jié)所述，任何長(zhǎng)度為/4的導(dǎo)體都暴露在自由空空間中，接地平面上的適當(dāng)饋電可以是有效的天線(xiàn)。根據(jù)波長(zhǎng)的不同，天線(xiàn)可以和汽車(chē)的調(diào)頻天線(xiàn)或信標(biāo)上的微小軌跡一樣長(zhǎng)。對(duì)于2.4 GHz應(yīng)用，大多數(shù)PCB天線(xiàn)屬于以下類(lèi)型:1 .天線(xiàn):這是一根在PCB上的自由空空間中延伸的導(dǎo)線(xiàn)，其長(zhǎng)度與接地層上的/4匹配。這通常由50 ω 4傳輸線(xiàn)供電。由于其尺寸和三維暴露，線(xiàn)狀天線(xiàn)提供了最佳的性能和無(wú)線(xiàn)電頻率范圍。金屬絲可以是直的、螺旋形的或環(huán)形的。這是一個(gè)三維(3D)結(jié)構(gòu)。天線(xiàn)高出PCB平面4-5 mm，伸入天線(xiàn)空。

圖4:有線(xiàn)天線(xiàn)

導(dǎo)線(xiàn)天線(xiàn)

2。PCB:這是畫(huà)在PCB上的痕跡。根據(jù)天線(xiàn)的類(lèi)型和空之間的限制，這可以是直跡線(xiàn)、倒F跡線(xiàn)、曲折曲線(xiàn)、圓形跡線(xiàn)或具有擺動(dòng)的曲線(xiàn)。在PCB天線(xiàn)中，天線(xiàn)是在PCB的同一平面內(nèi)的二維(2D)結(jié)構(gòu)；參見(jiàn)圖5。由于裸露在自由空空間中的3D天線(xiàn)作為2D PCB走線(xiàn)連接到PCB平面，因此必須遵循以下準(zhǔn)則。PCB天線(xiàn)需要更大的PCB面積，效率比線(xiàn)天線(xiàn)低，但更便宜。它易于制造，并且具有ble應(yīng)用可接受的無(wú)線(xiàn)范圍。

圖5。PCB天線(xiàn)

PCB天線(xiàn)

3。芯片:這是一個(gè)內(nèi)部有導(dǎo)體的小型集成電路天線(xiàn)。這在印刷PCB天線(xiàn)或支持3D線(xiàn)天線(xiàn)受限空時(shí)非常有用。帶芯片天線(xiàn)的藍(lán)牙模塊參見(jiàn)圖6。下圖是天線(xiàn)和模塊的尺寸和硬幣的對(duì)比。圖6。帶芯片天線(xiàn)的賽普拉斯EZ BLE模塊(10毫米×10毫米)

帶芯片天線(xiàn)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(lái)選擇天線(xiàn)。

天線(xiàn)設(shè)計(jì)和射頻布局

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