硬件电路设计之“RF天线阻抗调试”

时间：2021-09-18 17:56:23

关键字：天线阻抗调试 RF

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[导读]本文主要介绍RF天线的阻抗调试过程。RF天线的设计上一篇文章进行了大概的介绍，设计完成后具体的调试步骤如下：校准网络分析仪；通过网络分析仪测量阻抗；借助史密斯圆图进行阻抗匹配；选择合适的电容和电感焊接到PCB上；测量无线芯片的输出和输入是否满足要求。首先，测试之前需要使用校准套件...

本文主要介绍RF天线的阻抗调试过程。

RF天线的设计上一篇文章进行了大概的介绍，设计完成后具体的调试步骤如下：

校准网络分析仪；
通过网络分析仪测量阻抗；
借助史密斯圆图进行阻抗匹配；
选择合适的电容和电感焊接到PCB上；
测量无线芯片的输出和输入是否满足要求。

首先，测试之前需要使用校准套件进行矢网校准，这一步是非常重要的，任何仪器的初始状态都将直接影响测量的准确性。校准完成之后，就选择测试点测量传输线的阻抗，为了保证测量的准确性和便捷性，会使用一个同轴线缆作为测试连接线，将同轴电缆的馈线焊接在模块对应封装上的ANT脚PAD上（射频模块的ANT引脚作为50Ω参考点），紧接着把对地的两个器件去掉，串联器件使用精度为1%的0Ω电阻替代（在焊接串联0Ω电阻时，不能使用焊锡直接短路，因为对高频电路来说，焊锡容易产生寄生效应，影响测量结果），天线焊接上，然后用矢量网络分析仪连接同轴电缆，测试传输线最原始的阻抗。如果射频模块端还包含射频开关及匹配网络。则把射频开关输出端作为50Ω参考点，此处接入网络分析仪分别测量传输线到天线的阻抗和传输线到芯片端口的阻抗。通过匹配之后，希望从该点往天线方向看进去是50Ω和往芯片方向看进去也是50Ω。选择这里作为50Ω参考点主要有两方面考虑：第一，该处到天线端是接收和发射的共同链路，只需要匹配一次，同时把天线对阻抗的影响也考虑了；到芯片端分别是接收和发射链路，需要分开匹配；第二，虽然匹配电路次数变多，但是每次匹配元器件数目少了，减少相互间影响，提高匹配效率。下面引用网上的例子，针对最简单的传输线链路（RF模块直接通过π型网络连接到天线），假设测试的传输线在470MHz（比如470MHz是射频模块发送的中心频点）上原始阻抗在（40.3 j13），接下来才是利用Smith chart匹配阻抗，将传输线在470MHz的阻抗匹配到50欧姆。也就是通过Z1,Z2,Z3把阻抗由（40.3 j13）欧姆，匹配到50欧姆。

接下来在Smith chart上找到40.3 j13这个点。通过采用在史密斯圆图上并联电容，串联电容，并联电感，串联电感的方式，把原始阻抗点匹配到50欧姆，也就是红色大圆和蓝色大圆的交界点。

下图为串联电感，串电容，并电感，并电容的轨迹图。

最终通过并联一个34.8nh，串联一个10.4pf的电容，使得把40.3 j13的阻抗匹配到50欧姆。

在匹配过程中，选择元器件一般遵循以下几个原则：

落地电容值不要过大，电容越大，容抗则越小，信号容易流入GND。
电容、电感值不要过小，因为存在误差，容值、感值越小，误差影响越大，影响批次的稳定性。
电容、电感选择常规值，方便替换和备料采购。没有完全匹配的就要选择相接近的参数值。把所匹配到器件值上到对应的位置，需要用矢量网络分析仪再次去验证，根据实际结果，再次进行器件值微调。