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蓝牙天线阻抗匹配调试方法,天线的匹配和测量——如何用Smith圆图和网络分析仪优化天线

ni1022
2025-02-15
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一、蓝牙天线阻抗匹配调试方法

现在蓝牙天线用的多的是陶瓷天线和板载天线(很多形状都有),蓝牙距离都可以达到10米以上的。

在调试蓝牙天线匹配的时候需要花费一些时间,一般采用网分测试仪来调试天线的匹配参数,匹配阻抗越接近50欧天线效率越好。

除了蓝牙天线,蓝牙距离还跟很多因素有关,比如,蓝牙的模具,蓝牙PCB版的布线,以及PCB板的用料(电容,电阻),还有蓝牙芯片的灵敏度,蓝牙发射功率,以及软件上的技术实现方式,等等。

二、卫星天线调试方位角怎么定?调整天线需要注意什么?

卫星天线调试方位角怎么定?调整天线需要注意什么?

引言:解密卫星天线调试的关键步骤和注意事项

在现代通信领域中,卫星通信扮演着至关重要的角色。而卫星天线作为卫星通信的重要组成部分,其调试方位角的准确性对于通信质量和稳定性至关重要。本文将为您详细介绍卫星天线调试方位角的方法以及调整天线时需要注意的事项。

一、卫星天线调试方位角的确定方法

1.使用卫星信号仪:卫星信号仪是一种专门用于调试卫星天线的工具。通过连接卫星信号仪和天线,可以实时监测到卫星信号的强度和质量。在调试过程中,可以通过调整天线的方位角,观察信号仪上的信号变化,以确定最佳的方位角。

2.参考卫星位置信息:在调试卫星天线时,可以参考卫星位置信息来确定方位角。卫星位置信息可以通过卫星运营商提供的卫星位置表或者专业的卫星追踪软件获取。根据所在地的经纬度和卫星的位置信息,可以计算出卫星在天空中的方位角,从而调整天线的方位角。

3.借助指南针:在缺乏专业工具的情况下,可以借助指南针来大致确定卫星天线的方位角。首先,根据所在地的经纬度和卫星的位置信息计算出卫星在天空中的方位角。然后,使用指南针将天线指向该方位角的大致方向。虽然这种方法不如专业工具准确,但可以作为初步调试的参考。

二、调整卫星天线时需要注意的事项

1.避免遮挡物:在调整卫星天线时,应确保天线的视野不被遮挡物阻挡。建筑物、树木、山脉等遮挡物都会对卫星信号的接收产生干扰,影响通信质量。因此,在选择安装位置时,应尽量选择开阔的地方,避免遮挡物的影响。

2.调整方位角时逐步进行:在调整卫星天线的方位角时,应逐步进行,每次调整一小段角度,然后观察信号仪上的信号变化。如果一次性调整过大的角度,可能会导致信号完全丢失,调试过程将变得更加困难。

3.注意天线的俯仰角:除了方位角,天线的俯仰角也是调试的重要参数。俯仰角是指天线与地平面的夹角,对于不同的卫星通信系统,俯仰角的要求可能不同。因此,在调试天线时,除了调整方位角,还需要根据具体要求调整天线的俯仰角。

4.定期检查天线的稳定性:卫星天线的稳定性对于通信质量至关重要。在调试完成后,应定期检查天线的固定情况,确保天线没有松动或者偏移。如果发现问题,应及时进行修复,以保证通信的稳定性和可靠性。

结语:确保卫星天线调试的准确性和稳定性

卫星天线调试方位角的准确性对于卫星通信的质量和稳定性至关重要。通过使用卫星信号仪、参考卫星位置信息或者借助指南针,可以确定天线的方位角。在调整天线时,需要注意避免遮挡物、逐步进行调整、注意天线的俯仰角,并定期检查天线的稳定性。只有确保调试的准确性和稳定性,才能保证卫星通信的质量和可靠性。

卫星天线

天线的匹配和测量——如何用Smith圆图和网络分析仪优化天线

原创2022-04-24 17:11·诗韵乐乐的阿康
  • 概述
  • 随着频率的增加,PCB上的走线,电路的参数会越来越重要。因为器件和电路的尺寸已经可以和波长相比较。可以用公式:波长(单位:厘米)=30000/频率(单位:MHz)来计算波长。图一中列出了433MHZ到7.9GHz的波长和4分之一波长。(选取这些频率的原因是有一些ISMband,最后两个是UWB的band)

    波长和频率的关系

    随着频率的增加,PCB走线和导线就不再表现为单纯的电阻,而表现出了不同的阻抗特性。频率越高,主要特性越来越表现为容性或感性电抗。所以我们称这种特性为阻抗或者是Z,而不再用电阻来称呼。

    2.天线的驻波比

    驻波比也叫做SWR,是英文StandingWaveRatio的缩写。SWR对天线来说是个重要的概念,因为他代表了天线和接收发射机的匹配的好坏。

    理论来说,SWR的最理想情况为1:1,它代表了天线和接收发送机的完全匹配,所有的能量都进入了天线,发送了出去,没有任何的能力发射回来。但是实际SWR是永远没有办法达到1:1的。因为无论是器件还是走线都存在着寄生参数。

    我们最求的是达到最小的SWR。在实际的应用中,我们有个原则,如果能把实际的驻波比做成小于1.5:1,那么这个设计就被认为就是可以接受的了。因为从下表可以看出1.5:1的时候,接近96%的能量都已经通过天线辐射了出去。

    SWR和反射能量的关系

    同时,在进行设计和测量的时候,我们会用到另一个参数叫反射系数,又叫做S11,单位是dB。S11是个负数,如果S11的绝对值越大,那么说明反射越小。

    3.天线的测量

    了解了以上的概念,我们来具体的说明如何进行天线的测量。

    天线的调试目标一般来说都是使得天线的端口阻抗为50ohm。这就是为什么一般的射频设计中天线的接口,留了一个Pi型网络或者T型网络的原因。我们来看一个具体的例子就比较好理解了。

    上图中P点是天线的馈点,我们在进行射频调试的时候,我们会进行接触射频性能的调试,也就是直接用射频线把射频信号引入综测仪或频谱仪,而不考虑天线。这时候我们都是用MM5829这个射频接口进行调试。也就是说如果从P点向左看我们已经把阻抗调成了50ohm,那么如果从P点向右看如果也是50ohm的阻抗,那么我们可以说整个的射频链路到天线,他的阻抗都是匹配的,反射系数是最优的。

    其中C15不属于匹配网络的一部分,C15是一个隔直电容,真正的匹配网络是后面的L32,C71,和C23。当然在这个电路中,L32和C71已经可以把天线调节到最好,所以C23是DNM(Donotmount),不用焊接。

    下图是一个实际的天线和匹配网络

    3.1Simth圆图

    在我们继续讨论天线的调试的时候,有必要认识一下Smith圆图。

    史密夫图表(Smithchart,又称史密斯圆图)是在反射系散平面上标绘有归一化输入阻抗(或导纳)等值圆族的图表,主要用于传输线的阻抗匹配上。

    下图就是一个Smith图的示意图

    串连器件的话,就要用到电阻圆。对于串连电感来说方向向上,对于串电容来说,阻抗的方向向下并联器件的情况下,要用到等电导圆。对于并连电感来说方向向上,对于并电容来说,方向向下。总结一个口诀:上感下容,左并右串

    3.2网络分析仪的校准

    一般来说,我们需要用到网络分析仪来进行天线的测量和调试。

    在网络分析仪在进行测量测试前,第一步就是要对网络分析仪进行校准。校准的方法有两种,一种是手动校准,一种是电子校准。现在的最新式的网分一般都配备的电子校准,简单,方便,容易。

    下图是网分的机械校准件

    它有Open,Short和Load三个端口,可以在校准的时候分别接在网分的射频线上进行校准

    下图是个电子校准件。

    校准的时候连接在网分的射频线端口,然后选择e-cal就可以自动实现open,short,以及load的校准。

    3.3.网分测量和校准天线的过程

    网分校准完成后,我们就可以用它来进行天线的测量的优化。下面以一个实际的例子来说明天线匹配的过程。

    a.首先测量出天线没有任何匹配网络时候的S参数。一般来说,我们定义的测量频率点是在工作频率的中心。比如说如果说2.4Gwifiband,我们就以2442MHz为中心,如果以868MISMband,我们就以868MHz为中心。

    下图就是一个测量是把pi型网络中的串联器件焊上了0ohm后得到的一个结果。

    我们用网分得到的结果如下图

    b.匹配天线到最优

    有两种方法可以把天线匹配到50ohm附近,一种是先串联电感,再并联电容;另一种是先串联电容,再并联电感。电容和电感的值我们可以用一些工具计算得到。比如说这款SmithV4.1工具。

    我们可以用这个Smithchart的工具很容易就计算出来先要串接4.7nH的电感,然后再并接5.4pF的电容,最后的阻抗可以基本上为50Ohm。

    从下图中我们可以看出,DP2是我们用网分测出的在868MHz的原始阻抗16-2.54johm,串上电容后,沿着电阻圆移动到TP3,并连电容后,沿着电导圆向下移动到TP4点,基本上就是50ohm附近。

    同样的道理,我们还可以先串连电容,然后再并连电感。Smith圆图中的过程如下所示。也就是说先并一个8.7pF的电容,再并一个6.3nH的电感也能够把阻抗调节到50Ohm附件

    需要注意的是,我们现在得到的串并联电容和电感的值,都是一个理论值。由于走线上的寄生电容和寄生电感的存在,电容和电感本身也不是一个纯的电容和电感,所以我们要把我们仿真的值焊在实际的电路板上,用网络分析仪去测试。然后根据实际测试的结果,去微调匹配电路的值,使得最终的测试结果接近最优结果,从而天线的性能得到优化。

    4.总结

    本文介绍了一些射频的基本概念,如驻波比,反射系数以及他们与天线效率的关系。重点介绍了如何用网分测试天线的原始性能,以及在仿真工具的指引下,如何实现天线最优的性能。当然天线的性能的调试不只是用网分使得反射最小,有时候专业的天线厂家或者产品调试中还会去测量天线的方向图,关于方向图的相关知识,我们可以以后再讨论。

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    天线匹配为什么那么难调试呢
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