原创 华为射频天线口匹配设计及调试指导

1 整体介绍

1.1 概述

华为终端模块产品设计中， 虽然天线口与外接天线连接器 switch 都是按 50 ohm 设计的，但由于分布参数影响工艺上很难做到刚好都是 50 ohm，如果天线口与外接天线连接器 switch 的阻抗刚好能共轭匹配，将会获得最优的射频性能。所以在模板的天线与外接天线连接时要增加匹配网络，避免因射频通路上的阻抗不匹配而造成的反射和损耗，以致降低了射频性能。

本设计指南介绍了使用终端模块产品时， 射频天线口匹配的设计和调试方法。

2 仪器说明

2.1 所用仪器

我们这里用的矢量网络分析仪是 Agilent E5071C，当然也可选用其它型号的矢量网络分析仪。 Agilent E5071C 参数如下：

品牌： 美国安捷伦 Agilent

型号： E5071C | Agilent E5071C

描述： Agilent E5071C ENA 网络分析仪具有同类产品中最高的射频性能和最快的速度，并具有宽频率范围和全面的功能。它是制造和研发工程师们测试频率范围在 20GHz 以内的射频元器件和电路的理想解决方案。

Agilent E5071C ENA 网络分析仪新款 20 GHz 选件可将 E5071C ENA 系列网络分析仪的频率范围扩展至 20 GHz。新款 20 GHz 选件支持双端口（选件 2K5）和四端口（选件 4K5）两种配置，可用于测量各种成分，例如 WLAN、 WiMAX™、 UWB 或任何4G 技术中的无源器件的第三个谐波。

Agilent E5071C ENA 网络分析仪， 9 kHz 至 8.5 GHz/300 kHz 至 20 GHz。

 广泛的动态范围：在测试端口处具有 > 123 dB 的动态范围（典型值）

 极快的测量速度：全双端口校准时为 41 ms， 1601 点

 低迹线噪声： 70 kHz 中频带宽（IFBW）处为 0.004 dB rms

 Agilent E5071C ENA 网络分析仪集成的 S 参数测试装置

 端口选项： 2 端口和 4 端口

 平衡测量能力（4 端口选件）

3 模块天线口匹配参考原理图

3.1 模块天线口匹配参考原理图

华为模块天线口匹配参考原理图如下图所示：

图3-1 华为模块天线口匹配参考原理图

说明

 匹配网络为 C1、 L1 和 C2 构成的∏型匹配， C3 为隔直电容。

 匹配网络在布局放置时最好能靠近模块的天线焊盘。而从模块的天线焊盘到天线（ 或天线SWITCH） 的走线总长度尽量短。

 匹配网络中电容电感符号只是示意图， C1， L1 和 C2 的值要通过阻抗匹配调试来确定， 既可能是电容也可能是电感，当然也可能不用焊上器件（ NC）。

4 天线口匹配调试

4.1 天线口匹配网络模型和网络参数

常见的二端口网络如下图所示：

图4-1 常见的二端口网络

a1 和 b1 分别为输入端口的入射波和出射波；

a2 和 b2 分别为输出端口的入射波和出射波；

Sij 表示网络散射参数的各个分量，其中 Sii 表示当所有其它端口接匹配负载时端口 i 的反射系数， Sij 表示当所有其它端口接匹配负载时从端口 j 到端口 i 的传输系数。

我们的天线口匹配就是如图 4-1 所示的一个二端口网络，而且具有互易性，即

S12 = S21。

4.2 天线口匹配调试

调试时，要先设定矢量网络分析仪的测试频率范围，显示模式用 smith（R+jX），然后用校准件进行校准， 最后在 ANT PAD 端口焊开口电缆， ANT 接 50 ohm 射频匹配负载，用矢量网络分析仪调试 C1， L1 和 C2 ，使 S11 参数在所用频带内收敛于 SMITH圆图圆心（50 ohm）处， 越收敛越好， 如图 4-2 所示。

图4-2 模块天线口匹配 S11 圆图

将 S11 参数在所用频带内收敛于 SMITH 圆图圆心（50 ohm）后，匹配已调试完毕，此时测量所用频点的 S12 值，作为线损补偿。测量 S12 时，显示模式最好选用幅值的对数模式 Log Mag 来读值，如图 4-3 所示。一般情况下选所用频带的中信道频点的S12 值作为插损。

图4-3 模块天线口匹配补偿值测量

把 Marker 功能打开， 在图 4-3 的左上方可以读得各 marker 点的 S12 值，其表示这段线路的插损，理论上其绝对值越小越好。