本站純屬PCB免費資源分享博客,不做任何商業經營,不接任何廣告!
做最好的pcb知識分享平臺
做最好的博客模板

PCB天線設計

300~450MHz發射器PCB環形天線設計實例

下面介紹的PCB環形天線與匹配網絡設計實例適合MAX1472、MAX1479和MAX7044 300~450MHz ASK發射器[104]。

Maxim的MAX7044、MAX1472和MAX1479都偏置在最大功率而不是最大線性度,這意味著功率放大器(PA)的諧波分量可能非常高。而所有國家的標準制定機構都要求嚴格限制雜散發射功率,因此對PA的諧波功率進行抑制非常重要。

通常,Maxim的MAX7044、MAX1472和MAX1479都采用小尺寸PCB環形天線。這些環路與此頻段的波長相比非常小,環路的Q值特別高,因此存在阻抗匹配問題。環形天線與Maxim發送器IC之間的阻抗匹配的完整模式必須包括偏置電感、PA的輸出電容、引線、封裝、寄生參量等。

匹配網絡用于匹配MAX7044發射器,用于MAX1472和MAX1479也能獲得滿意結果。MAX7044在驅動125Ω負載時達到其最高效率,而MAX1472和MAX1479支持大約250Ω負載。這些網絡用于MAX1472和MAX1479會增加1dB左右的失配,因此若希望補償此損耗,可以稍加改變匹配網絡,對本小節所示的匹配元件進行一些修改。

1.小型環形天線的阻抗 面積為A的PCB小環形天線在波長為λ時,輻射阻抗為環形天線的損耗電阻(忽略其介質損耗)與環形天線周長(P)、線寬(w)、磁導率(μ= 400π nH/米)、電導率(σ,5.8 × 107Ω/米,銅的典型值)、頻率(f)有關,可表示為  環形天線的電感與周長(P)、面積(A)、線寬(w)、磁導率(μ)有關,可表示為  以上三個方程式,可以從相關的天線理論教科書中查閱到。

2.PCB上的小環形天線 一個典型的PCB上的小環形天線,可近似看成25mm×32mm的長方形,線寬0.9mm,該尺寸可用于推導小環形天線的典型電阻和電抗。 基于該尺寸可以推導出環形天線的輻射阻抗Rrad、環形天線的損耗電阻Rloss和環形天線的電感L三個參量值。

① 在315MHz,這些參數為:Rrad=0.025Ω;Rloss=0.3Ω;L=95nH。
② 在433.92MHz,這些參數為:Rrad=0.093Ω;Rloss=0.35Ω;L=95nH。

從所推導的參數可見,輻射電阻特別小。另外,由耗散損耗產生的電阻比輻射電阻大10倍以上。這意味著此環路最好的發射效率大約為8%(在315MHz)和27%(在433.92MHz)。通常,小環形天線只能輻射來自發射器功率的百分之幾,因此必須采用匹配網絡使失配損耗和匹配元件引起的附加損耗最小。

3.帶偏置電感的分離電容匹配網絡 最簡單的匹配網絡采用的是“分離電容”形式,連接電容到具有偏置電感的PA(功率放大器)輸出可以調節C2,使其與L1(與PA電容有關)和殘余電抗(來自C1和環路天線電感)組成并聯諧振。電容器C1的等效串聯電阻(ESR)通常為0.138Ω,因此帶串聯電容的小環形天線總電阻為0.46Ω(在315MHz)。在頻率為315MHz的諧振匹配網絡中,微型環路通過環路串聯電抗和C1轉換成一個阻抗為125Ω(MAX7044獲得最高效率的最佳負載)的等效并聯電路。并聯電容C2和偏置電感L1可用來調諧等效并聯電路的電抗

4.具有高載波諧波抑制的匹配網絡 在匹配網絡中增加一個低通濾波器,把一個π型網絡插入分離電容匹配網絡和發射器輸出之間,即可實現良好的諧波抑制。因為π型網絡也具有阻抗變換,所以阻抗變換有很多可能的組合。 在如圖12-82所示的網絡中,低通濾波器中的并聯電容與分離電容匹配網絡的并聯電容組合,另一個并聯電容用于調節容值,去諧偏置電感和IC中的雜散電容(作為匹配網絡的一部分)。分離電容器將低環路電阻變換到大約150Ω(非常接近PA最高效率對應的125Ω),而π型網絡是為125Ω輸入和輸出阻抗設計的低通濾波器,其失配損耗僅為-0.1dB,并且帶寬較窄,對元件容差非常敏感。 利用分離電容匹配網絡的失諧(但保持125Ω π型低通濾波器),可以增加匹配網絡的帶寬(減小對元件容差的敏感度)。 表12-7中的C1和C2會使環形天線的并聯電阻變換到500Ω左右,而不是最佳匹配所要求的150Ω。天線和125Ω低通濾波器之間的有效失配會增加大約2dB的失配損耗,但擴展了匹配帶寬。這意味著分離電容器匹配網絡的輸出是有意地設計成與π型網絡不匹配。改變分離電容器,使變換后的環路電阻大于500Ω,而保持同一π型匹配網絡,可進一步擴展匹配帶寬,但這會增大失配損耗。近似理想的匹配網絡具有49dB的2次諧波抑制比,失配網絡具有44dB的2次諧波抑制比。
36选7生肖图