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《便攜無線產(chǎn)品中的小天線設(shè)計(jì) - message.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、便攜無線產(chǎn)品中的小天線設(shè)計(jì)·通常在進(jìn)入設(shè)計(jì)周期末尾之前,天線設(shè)計(jì)不會(huì)引起太大注意.原因或許就是因?yàn)樗鼈兪菬o源器件,在RF信號通路中所起的作用看來不大.也可能是是因?yàn)樵O(shè)計(jì)師希望他們一直有能力在剩余空間內(nèi)配置天線設(shè)計(jì)和進(jìn)行元件選擇.還有可能是因?yàn)樘炀€不是摩爾定律的受益者.無論具體原因何在,便攜無線產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員現(xiàn)如今都面臨著許多新的工具、新的方法和新的元件,從而使得對理想天線的追求又增添了新的折衷過程.在這個(gè)過程中,設(shè)計(jì)人員需要切切實(shí)實(shí)地在“造和買”之間作出艱難取舍.與你必須花錢購買的有源器件不同,完全可能只以PCB上幾平方厘米的代價(jià)免費(fèi)制造一個(gè)天線.在許多
2、情況下,這是一種有吸引力的可行選項(xiàng).但在其它許多情況下,享用這種明顯的“免費(fèi)午餐”的成本太高.現(xiàn)在,一些更新的天線設(shè)計(jì)和器件的出現(xiàn),使得設(shè)計(jì)師有了另一種選擇.小天線的世界小天線在電氣上的一般定義是:基本元件的尺度短于波長的1/10.對一個(gè)300MHz信號,定義上的閥值是10厘米;而在1GHz,該值僅為3厘米.傳統(tǒng)上,小天線僅能提供有限的性能.若你想要真正高效的天線性能,你需要將更多的金屬伸向空中并采用多種或形狀復(fù)雜的元件,以提升增益、控制帶寬、改變場型或抑制鄰近信號.另外,你必須確保天線阻抗與RF前端相匹配,以使功率傳輸最大化.以蜂窩手機(jī)和Wi-Fi為
3、代表的向更高頻率RF轉(zhuǎn)變的主要好處之一,是小天線在這些應(yīng)用中具備電氣可行性.雖然天線“族譜”紛繁復(fù)雜,但無論你使用基于PCB的天線還是分立天線,包含小天線的這個(gè)分支都需要在設(shè)計(jì)中很好地進(jìn)行折衷處理.PCB天線,既可以是小片或小環(huán),可以是螺旋形或線形.它們的BOM成本可以忽略不計(jì),只需要占用PCB空間.值得注意的是,某些PCB天線并非主電路板的一部分,而是作為獨(dú)立器件,通常附在產(chǎn)品外殼里面.其性能還取決于布局、幾何尺寸及其與附近元件的相對位置.另外,用戶的手、身體或頭部通常對天線性能產(chǎn)生不利影響.產(chǎn)品中元件或PCB布局的任何改變都將波及到天線性能.所以這
4、種設(shè)計(jì)是受到限制的,而最終產(chǎn)品定型前的修改也意義不大.另一方面,對天線的修改——無論是為了迎合規(guī)范的變化或克服設(shè)計(jì)缺陷——一旦被確定后都可迅速執(zhí)行,且不會(huì)對BOM產(chǎn)生影響.修改還會(huì)影響天線阻抗.所以,你也許還需要改變設(shè)計(jì)好的匹配電路.相反,分立天線會(huì)涉及到BOM成本,且通常要由供應(yīng)商根據(jù)特定的頻段、帶寬及其它性能參數(shù)進(jìn)行專門設(shè)計(jì).作為回報(bào),這種天線比PCB天線占用更少的PCB空間,而且如果不是完全不受影響的話,PCB布局、臨近器件或用戶對其的影響也小得多.天線阻抗由物理設(shè)計(jì)所固定,所以匹配網(wǎng)絡(luò)也被固定了,且與布局、器件擺放位置無關(guān).這些因素使設(shè)計(jì)師不再
5、面對某些挑戰(zhàn)性約束,以及不用再重新設(shè)計(jì)PCB布局及計(jì)算BOM.自己動(dòng)手設(shè)計(jì)天線對于通?；赑CB的小天線而言,有許多可能的設(shè)計(jì)方法.最常見的是采用明線(也稱為開口)結(jié)構(gòu)(例如雙極和單極天線)、環(huán)線設(shè)計(jì)(例如環(huán)狀天線),以及實(shí)心塊設(shè)計(jì).開口天線實(shí)際上就是自無線電技術(shù)發(fā)軔之初就業(yè)已存在的大個(gè)天線的縮微版.實(shí)際上,因HeinrichHertz在其1888年的實(shí)驗(yàn)中采用的就是雙極天線,所以它有時(shí)又稱為Hertz天線.它與地平面是平衡的,在有線和衛(wèi)星電視出現(xiàn)前,它一直忠實(shí)履行著VHFTV兔耳天線的職責(zé).與雙極相反,單極天線對地是單端的,所以需要一個(gè)地平面.在許多
6、無線應(yīng)用中,單極天線作為鞭狀天線使用.它也被稱作馬可尼天線,在馬可尼早期實(shí)驗(yàn)中用的就是這種天線.圖1:環(huán)形天線(a)易于實(shí)現(xiàn).矩形塊天線(b)使用規(guī)劃得很好的PCB空間(它也可是一個(gè)分立器件)在諸如UHFTV等批量市場使用的環(huán)形天線也有悠久歷史.它的周長約等于能接收到信號的波長(見圖1a).從電氣特性講,矩形塊天線是一個(gè)較寬的微帶傳輸線,其長度是工作波長的一半.在圖1b中,波長不是以真空中的傳播計(jì)算的,而是以絕緣的PCB材料計(jì)算的.矩形塊的共振頻段相當(dāng)窄,所以其工作帶寬也相當(dāng)窄——約是標(biāo)稱中心頻率的5%,該特性是好是壞,取決于具體應(yīng)用.所有這三類天線都
7、可用PCB實(shí)現(xiàn),且一個(gè)多層PCB能提供多個(gè)設(shè)計(jì)選擇,包括作為某些結(jié)構(gòu)所需的地平面.類似遙控開鎖(RKE)以及車庫開啟器等對性能要求不苛刻的應(yīng)用,采用的就是這種天線設(shè)計(jì).因PCB天線的設(shè)計(jì)成本可忽略不計(jì),那么是在什么時(shí)候又是因?yàn)槭裁词沟盟皇窃O(shè)計(jì)的優(yōu)先選項(xiàng)呢?其中幾個(gè)支配性因素與前端設(shè)計(jì)和實(shí)際實(shí)施有關(guān).首先,天線設(shè)計(jì)并不簡單.即使采用類似數(shù)字電磁碼(NumericalElectromagneticCode)這樣的建模程序,電路或系統(tǒng)工程師對電磁世界也是陌生的.他們面對的是一個(gè)電磁場世界,而不是特定的電壓和電流點(diǎn)或以固定回路流動(dòng)的電子流.其次,與許多工程設(shè)
8、計(jì)一樣,類似中心頻率、帶寬、場模式、效率以及組織(lobe)和增益等相互競爭和沖突的屬性使得它
