在通讯系统中,为了让发射源的传导功率通过天线最大化的辐射到自由空间,就要保证发射源的输出阻抗与天线的阻抗共轭匹配。所以阻抗的匹配度在通讯系统中非常重要,不但会影响能量的传输效率,如果匹配不好,会严重发热,甚至会烧毁元器件。怎么样实现发射源与天线之间的阻抗匹配呢?
天线阻抗匹配阻抗是天线的一个重要的参数,阻抗 Z = R + j ( XL – XC ) 。其中 R 为电阻,XL 为感抗,XC 为容抗。如果( XL–XC) > 0,称为“感性负载”;反之,如果( XL – XC ) < 0 称为“容性负载”。
当发射源阻抗(通常为 50Ω)等于负载阻抗(即天线)时,反射最小。因此,为了减少这些反射和最终的损失率,负载阻抗应等于发射源阻抗。
天线阻抗匹配(调谐)即是将天线阻抗与发射源阻抗匹配的过程。如果天线已经具有与电源阻抗相等的阻抗,则不需要进行调谐。
天线是无线通讯系统中物理层上发送和接收信号的“第一道门”,是其极为重要的组成部分,如果天线与发射源之间阻抗匹配。不但可以增加工作范围,也有助于降低无线设备的功耗。
天线与发射源的阻抗匹配调试方法
为了测试天线端口的输入阻抗,需要引入测试同轴馈线,采用质量好、长度短的同轴馈线,如图所示,将电缆焊接在 PCB 上。测试同轴馈线应在微带线开始点之前焊接( PCB 上连接天线的微带线实际上是馈电天线的传输线的一部分)。
完成矢量网络分析仪校准后,π 型匹配网络只串联 0Ω 电阻,将天线放置在真实的使用环境中(如外壳),在需要使用的频段内查看VSWR,VSWR <2.0就足够了。这是因为当 VSWR 为 2.0时,传输到天线的总功率只有11.1%被反射回来。这意味着89.9%的总功率是通过天线传输的。在 VSWR 为1.5时,4%的总功率被反射,96%的功率通过天线传输。传输功率89.9%与96%无显著差异。如果天线在使用的频段内VSWR不满足小于2.0,则一般不需要对天线进行阻抗调试。反之,则需要对天线阻抗进行调整。
因为要兼顾双频,多频,必须非常了解元件对高低频的不同影响。最好用软件多实验一下,对各元件值可能拉动多少低频、高频有一个直观的了解:
低频850频段不好,主调低频匹配;低频的阻抗圆分成两部分来分析,红色一段频率更低,在下面一段。绿色部分频率高一些,在上面一段。
匹配前、匹配后VSWR对比,见图五: