天线的调试目标一般来说都是使得天线的端口阻抗为50ohm,这些都需要用网络分析仪实测得到。
在前文的“天线匹配问题”中谈到过天线的阻抗匹配主要是将天线阻抗匹配等于传输线阻抗。
由于天线阻抗往往不能直接满足传输线的阻抗,因而需要用到匹配网络将其匹配到50欧姆,当天线等效阻抗中有虚部时,还需要匹配网络去除其虚部部分,同时使得等效阻抗等于50欧姆。这儿带来两个问题,阻抗匹配需要实现以下两个目标:1.匹配到传输线阻抗;2.使得天线形成谐振。
一.这儿提出两个问题:1.能不能直接用电阻+去除虚部的方式进行阻抗匹配;2.为什么要让天线形成谐振。
1.能不能直接用电阻+去除虚部的方式进行阻抗匹配
虽然形成了阻抗匹配,后端的等效电路变为电阻+LC谐振,能量将会有一部分在电阻上消耗掉;
2.为什么要让天线形成谐振
形成LC谐振,电感和电容会交替充电和放电,且在没有电阻的情况下,能量能完美的辐射出去。
二.解决了阻抗匹配的问题,还有关于等效阻抗的问题,为什么天线的阻抗匹配没有像前端传输线一样,直接让板厂将天线设计成特性阻抗为50欧姆?那样都不需要阻抗匹配网络了。
那是因为只有传输线才能设计成特性阻抗,我们看下传输线的定义:传输线由两条一定长度导线构成,一条是信号传播途径,一条是返回路径。对待天线构成,我们为了便于天线辐射,对其通常是挖空处理,也就是缺少一个“紧贴”的返回路径,个人理解其返回路径为大地平面。由于天线不是传输线,也就是谈不上特征阻抗设计了,说白了,天线缺少可见的返回路径,不能当作传输线来处理,只能通过等效阻抗来理解天线阻抗。
三.一些频率相对较低的走线为什么没有要求做阻抗匹配
信号频率为13.56MHz,黄色馈线部分为匹配网络前端走线,但是对于这段走线,我们并没有按照其他高频信号一样做阻抗控制,这是为什么呢:
走线距离短,不需要做阻抗匹配?不存在的,走线再短,我们都要求控制50欧姆阻抗匹配的,而且在走线短,不需要阻抗匹配是建立在反射回去的信号不会叠加到第二次传输信号上,通常要求走线的长度小于速度*1/6上升沿时间的长度,个人理解,当频率不是很高时,我们可以不要求做阻抗控制,还是将其进行等效阻抗看作,进行匹配时可以将其直接归纳到天线输入阻抗那部分设计。
基于以上理解,需要控制特性阻抗,需要满足以下两个条件:1.频率够高(这个够高,个人理解只能是经验值,至少13.56MHz这个频率不需要,433MHz通常是需要的,2.4GHz也是需要的);2.需要两条导线构成信号回流路径。
阻抗问题讨论完了,我们再提问下,阻抗是回路阻抗还是信号单端阻抗,答案是回路阻抗,天线阻抗正常可以分为三部分,信号输出阻抗,传输线阻抗,天线输入阻抗(往往需要匹配网络匹配其阻抗)。
总结:1.匹配主要实现两个目标:阻抗匹配,天线形成LC谐振;
2.频率够高,有两条导线构成传输和返回路径,才能进行特性阻抗控制。
以上,仅是自己思考总结内容,如有不恰当之处,欢迎大家指出,谢谢。