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

天線設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)實(shí)踐的設(shè)計(jì)來說，RF范圍有很大變化并不罕見。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、過孔、PCB堆疊、天線和接地。詳細(xì)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(guān)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目列表結(jié)束。圖1示出了無線系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，發(fā)射機(jī)(TX)和接收機(jī)(RX)。圖1。典型的短程無線系統(tǒng)

典型的短程無線系統(tǒng)基于

精心設(shè)計(jì)的天線可以保證無線產(chǎn)品的最佳工作距離。它能從無線電發(fā)射的功率越大，對于給定的分組錯誤率(PER)和接收機(jī)靈敏度，它能覆蓋的距離就越大。類似地，接收機(jī)端調(diào)諧良好的無線電可以使用天線產(chǎn)生的最小輻射。需要正確設(shè)計(jì)RF布局和無線電匹配網(wǎng)絡(luò)，以確保大部分無線電功率到達(dá)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(dǎo)體。如果導(dǎo)體的長度是信號1波長的某個比值或倍數(shù)，它就成了天線。這種情況稱為“諧振”，因?yàn)轲伻胩炀€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(dǎo)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?shù)阶杂煽辗块g，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(shù)天線通過以特定方式具有/4長度的導(dǎo)體來實(shí)現(xiàn)相同的性能。參見圖3。通過在導(dǎo)體下方一定距離處接地，可以產(chǎn)生相同長度的圖像(/4)。當(dāng)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(shù)天線都是在銅接地層上實(shí)現(xiàn)的四分之一波長天線。請注意，信號現(xiàn)在是單端的，接地層充當(dāng)返回路徑。

圖3。四分之一波長天線

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四分之一波長天線

對于大多數(shù)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(jié)所述，任何長度為/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。根據(jù)波長的不同，天線可以和汽車的調(diào)頻天線或信標(biāo)上的微小軌跡一樣長。對于2.4 GHz應(yīng)用，大多數(shù)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(dǎo)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(huán)形的。這是一個三維(3D)結(jié)構(gòu)。天線高出PCB平面4-5 mm，伸入天線空。

圖4:有線天線

導(dǎo)線天線

2。PCB:這是畫在PCB上的痕跡。根據(jù)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(nèi)的二維(2D)結(jié)構(gòu)；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(zhǔn)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(yīng)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(nèi)部有導(dǎo)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(lán)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(shè)計(jì)和射頻布局

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