如何進(jìn)行GSM手機(jī)雙頻天線的阻抗匹配.doc

如何進(jìn)行GSM手機(jī)雙頻天線的阻抗匹配通常對(duì)某個(gè)頻點(diǎn)上的阻抗匹配可利用SMITH圓圖工具進(jìn)行, 兩個(gè)器件肯定能搞定, 即通過串+并聯(lián)電感或電容即可實(shí)現(xiàn)由圓圖上任一點(diǎn)到另一點(diǎn)的阻抗匹配, 但這是單頻的。而手機(jī)天線是雙頻的, 對(duì)其中一個(gè)頻點(diǎn)匹配,必然會(huì)對(duì)另一個(gè)頻點(diǎn)造成影響, 因此阻抗匹配只能是在兩個(gè)頻段上折衷.EDA365論壇網(wǎng)/ Z. s5 s# J8 C7 x! Z( X. * MEDA365論壇網(wǎng)站|PCB論壇網(wǎng)|PCB layout論壇|SI仿真技術(shù)論壇( ?% Z: K- g. V) R2 q8 H b/ 在某一個(gè)頻點(diǎn)匹配很容易，但是雙頻以上就復(fù)雜點(diǎn)了。因?yàn)樵?00M完全匹配了，那么1800處就不會(huì)達(dá)到匹配，要算一個(gè)適合的匹配電路。最好用仿真軟件或一個(gè)點(diǎn)匹配好了，在 網(wǎng)絡(luò)分析儀上 的 S11參數(shù)下調(diào)整，因?yàn)殡p頻的匹配點(diǎn)肯定離此處不會(huì)太遠(yuǎn)。，只有兩個(gè)元件匹配是唯一的，但是 pi 型網(wǎng)絡(luò)匹配，就有無數(shù)個(gè)解了。這時(shí)候需要仿真來挑，最好使用經(jīng)驗(yàn)。EDA365論壇網(wǎng)站|PCB論壇網(wǎng)|PCB layout論壇|SI仿真技術(shù)論壇 S/ 9 b5 ! O3 . x3 m. h( x% H+ O! E 仿真工具在實(shí)際過程中幾乎沒什么用處。因?yàn)榉抡婀ぞ呤遣恢滥阍哪Ｐ偷?。你必須要輸入?shí)際元件的模型，也就是說各種分布參數(shù)，你的結(jié)果才可能與實(shí)際相符。一個(gè)實(shí)際電感器并不是簡單用電感量能衡量的，應(yīng)該是一個(gè)等效網(wǎng)絡(luò)來模擬。本人通常只會(huì)用仿真工具做一些理論的研究。, , F4 m; |, ?G* K- NA4 U2 實(shí)際設(shè)計(jì)中，要充分明白Smith圓圖的原理，然后用網(wǎng)絡(luò)分析儀的圓圖工具多調(diào)試。懂原理讓你定性地知道要用什么件，多調(diào)是要讓你熟悉你所用的元件會(huì)在實(shí)際的圓圖上怎么移動(dòng)。（由于分布參數(shù)及元件的頻率響應(yīng)特性的不同，實(shí)際件在圓圖上的移動(dòng)和你理論計(jì)算的移動(dòng)會(huì)不同的）。3 N) T3 D. z & f# q) Q3 5 Z1 d! C5 & h, X6 雙頻的匹配的確是一個(gè)折衷的過程。你加一個(gè)件一定是有目的性的。以GSM、DCS雙頻來說，你如果想調(diào)GSM而又不太想改變DCS，你就應(yīng)該選擇串連電容、并聯(lián)電感的方式。同樣如果想調(diào)DCS，你應(yīng)該選擇串電感、并電容。EDA365( X n$ g2 v e$ b9 M f% u6 ?) e$ 理論上需要2各件調(diào)一個(gè)頻點(diǎn)，所以實(shí)際的手機(jī)或者移動(dòng)終端通常按如下規(guī)律安排匹配電路：對(duì)于簡單一些的，天線空間比較大，反射本來就較小的，采用Pai型（2并一串），如常規(guī)直板手機(jī)、常規(guī)翻蓋機(jī)；稍微復(fù)雜些的采用雙L型（2串2并）：對(duì)于更復(fù)雜的，采用LPai型（2串3并），比如用拉桿天線的手機(jī)。EDA365論壇網(wǎng): v1 c8 i U! y) % & q2 x9 1 M4 |. A% O/ k, f, ?EDA365論壇網(wǎng)站|PCB論壇網(wǎng)|PCB layout論壇|SI仿真技術(shù)論壇 記住，匹配電路雖然能降低反射，但同時(shí)會(huì)引入損耗。有些情況，雖然駐波比好了，但天線系統(tǒng)的效率反而會(huì)降低。所以匹配電路的設(shè)計(jì)是有些忌諱的；比如在GSM、DCS手機(jī)中匹配電路中，串聯(lián)電感一般不大于5.6nH。還有，當(dāng)天線的反射本身比較大，帶寬不夠，在smith圖上看到各頻帶邊界點(diǎn)離圓心的半徑很大，一般加匹配是不能改善輻射的。+ + C0 E7 e- oEDA365/ e$ O% S1 j E 天線的反射指標(biāo)（VSWR，return loss）在設(shè)計(jì)過程中一般只要作為參考。關(guān)鍵參數(shù)是傳輸性參數(shù)（如效率，增益等）。有人一味強(qiáng)調(diào)return loss，一張口要10dB，駐波比要小于1.5，其實(shí)沒有意義。我碰到這種人，我就開玩笑說，你只要反射指標(biāo)好，我給你接一個(gè)50歐姆的匹配電阻好了，那樣駐波小于1.1啊，至于你手機(jī)能不能工作我就不管了！EDA365論壇網(wǎng)站|PCB論壇網(wǎng)|PCB layout論壇|SI仿真技術(shù)論壇0 M! L$ Q. b/ n7 h0 a$ m: ; G+ $ |( S$ Y$ G) d SWR駐波比僅僅說明端口的匹配程度，即阻抗匹配程度。匹配好，SWR小，天線輸入端口處反射回去的功率小。匹配不好，反射回去的功率就大。至于進(jìn)入天線的那部分功率是不是輻射了，你根本不清楚。天線的效率是輻射到空間的總功率與輸入端口處的總功率之比。所以SWR好了，無法判斷天線效率一定就高（拿一個(gè)50ohm的匹配電阻接上，SWR很好的，但有輻射嗎？）。但是SWR不好了，反射的功率大，可以肯定天線的效率一定不會(huì)高。SWR好是天線效率好的必要條件而非充分條件。SWR好并且輻射效率（radiation efficiency）高是天線效率高的充分必要條件。當(dāng)SWR為理想值（1）時(shí)，端口理想匹配，此時(shí)天線效率就等于輻射效率。4 f) Q) o, k% e) Y9 f$ C8 n/ x! | z; K9 Z1 m 當(dāng)今的手機(jī)，天線的空間壓縮得越來越小，是犧牲天線的性能作為代價(jià)的。對(duì)于某些多頻天線，甚至VSWR達(dá)到了6。以前大家比較多采用外置天線，平均效率在50算低的，現(xiàn)在50以上的效率就算很好了！看一看市場上的手機(jī)，即使是名公司的，如Nokia等，也有效率低于20的。有的手機(jī)(滑蓋的啊，旋轉(zhuǎn)的啊)甚至在某些頻點(diǎn)的效率只有10左右。 2 + _. e7 bk# |: x4 d6 ; Z0 P) l* % uEDA365論壇網(wǎng)站|PCB論壇網(wǎng)|PCB layout論壇|SI仿真技術(shù)論壇 見過幾個(gè)手機(jī)內(nèi)置天線的測試報(bào)告，天線效率基本都在30-40%左右，當(dāng)時(shí)覺得實(shí)在是夠差的（比我設(shè)計(jì)的微帶天線而言），現(xiàn)在看來還是湊合的了。不過實(shí)際工程中，好像都把由于S11造成的損耗和匹配電路的損耗計(jì)在效率當(dāng)中了，按天線原理，只有介質(zhì)損耗（包括基板引起的和手機(jī)內(nèi)磁鐵引起的）和金屬損耗（盡管很小）是在天線損耗中的，而回?fù)p和匹配電路的損耗不應(yīng)該記入的。不過工程就是工程啊，這樣容易測試啊。* v/ f9 X$ % EEDA365論壇網(wǎng)站|PCB論壇網(wǎng)|PCB layout論壇|SI仿真技術(shù)論壇EDA365論壇網(wǎng)站|PCB論壇網(wǎng)|PCB layout論壇|SI仿真技術(shù)論壇6 c: U5 G& X% z 對(duì)了，再補(bǔ)充一句，軟件仿真在一定程度上是對(duì)工程有幫助的：當(dāng)然，仿真的結(jié)果準(zhǔn)確程度沒法跟測試相比，但是通過參數(shù)掃描仿真獲取的 天線性能隨參數(shù)變化趨勢還是有用的，這比通過測試獲取數(shù)據(jù)要快不少，尤其是對(duì)某些不常用的參數(shù)。d% l+ b( R6 M: KEDA365論壇網(wǎng)站|PCB論壇網(wǎng)|PCB layout論壇|SI仿真技術(shù)論壇 U7 N9 . F8 B- u$ T; ; 8 e# “仿真工具在實(shí)際工程中沒有什么用處”，是說在設(shè)計(jì)匹配電路時(shí)，更具體一點(diǎn)是指設(shè)計(jì)雙頻GSM、DCS手機(jī)天線匹配電路時(shí)。如果單獨(dú)理解這句話，無疑是錯(cuò)的。事實(shí)上，我一直在用HFSS進(jìn)行天線仿真，其結(jié)果也都是基于仿真結(jié)果的。 G/ Q5 U( S3 f6 i; z. NE& 3 O; r& x9 Z; t1 p v+ v5 x( _) c. K# wEDA365論壇網(wǎng) 對(duì)了，焊元器件真的是一件費(fèi)勁的事，而且也有方法的，所謂熟能生巧嘛。大的公司可能給你專門配焊接員，那樣你可能就只要說焊什么就可以了。然而，我們?cè)诖擞懻摰氖侨绾斡行У赝瓿善ヅ潆娐返脑O(shè)計(jì)。注意有效性！有效性包括所耗的時(shí)間以及選擇元器件的準(zhǔn)確性。 如果沒有實(shí)際動(dòng)手的經(jīng)驗(yàn)，只通過軟件仿真得出一種匹配設(shè)計(jì)然而用到實(shí)際天線輸入端。呵呵，我可以說，十有八九你的設(shè)計(jì)會(huì)不能用，甚至和你的想象大相徑庭！, g- f+ a& Z- Z0 qo( T6 - J# n/ V5 5 i% E( b$ jEDA365論壇網(wǎng)站|PCB論壇網(wǎng)|PCB layout論壇|SI仿真技術(shù)論壇 實(shí)際設(shè)計(jì)中，還有一種情況你在仿真中是無法考慮的（除非你事先測量）。那就是，分布參數(shù)對(duì)于PIFA的影響。由于如今天線高度越來越小，而匹配電路要么在天線的下方（里面）要么在其下方（外面），反正很近，加入一個(gè)實(shí)際元件在實(shí)際中會(huì)引入分布參數(shù)的改變。尤其如果電路板排版不好，這種效應(yīng)會(huì)明顯一些。實(shí)際焊接時(shí)，甚至如果一個(gè)件焊得不太好，重新焊接一下，都會(huì)帶來阻抗的變化。; V5 z) v o$ q1 4 h# p6 gEDA365論壇網(wǎng)EDA365論壇網(wǎng)站|PCB論壇網(wǎng)|PCB layout論壇|SI仿真技術(shù)論壇8 F1 y6 k8 a 所以，PIFA的設(shè)計(jì)中，通常我們不采用匹配電路（或者叫0ohm匹配）。這就要求你仔細(xì)調(diào)節(jié)優(yōu)化你的天線。一般來說對(duì)現(xiàn)今的柔性電路板設(shè)計(jì)方案（Flexfilm）比較容易做到，因?yàn)樾薷妮椛淦容^容易。對(duì)于用得比較多的另一種設(shè)計(jì)方案沖壓金屬片（stamping metal），相對(duì)來說就比較難些了。一是硬度大，受工藝的限制不能充分理由所有空間，二是模具一旦成型要多次修改輻射片的設(shè)計(jì)也很困難。$ ?4 q+ Z6 Q3 c- S, J8 oEDA365論壇網(wǎng); y. j1 0 K. M# O* Q: 在匹配設(shè)計(jì)上仿真工具有沒有很大的用處，沒多少人是可以用仿真工具算出匹配來的。 再說，有沒有很大效果怎么衡量呢？ 工程上講究的是快速，準(zhǔn)確。為了仿真而仿真，沒有實(shí)際意義。為了得到一個(gè)2、3、最多5個(gè)件的匹配你去建立電感、電容的模型，不太值的。還有，你如何考慮上面我提到的PIFA匹配的分布參數(shù)的改變？前面我還說到一些匹配電路的忌諱，不是源于理論，完全源于實(shí)踐。因?yàn)樘炀€的設(shè)計(jì)是希望能提高它