LORA類產(chǎn)品PCB板載天線的研發(fā)測(cè)試方案

一、物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中存在問題

LORA模組相關(guān)的產(chǎn)品項(xiàng)目研發(fā)過程中，需要對(duì)設(shè)計(jì)的pcb天線進(jìn)行輻射功率測(cè)試，保證LORA模組在相應(yīng)場(chǎng)景下滿足基本通信需求。

二、該問題帶來的危害及影響

天線在物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中占據(jù)重要地位，有些物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目由于產(chǎn)品外殼尺寸限制，以及防水要求，需要選擇使用內(nèi)置的PCB天線，PCB天線設(shè)計(jì)完成后，如果不做天線測(cè)試，就無法保證天線性能，無法實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)距離通信（保證在無遮擋情況下，通信LORA終端（PCB天線）與網(wǎng)關(guān)（棒狀天線）的通信距離達(dá)到500m以上）

三、解決方法

方法一

1、原理介紹

搭建測(cè)試環(huán)境，通過頻譜儀測(cè)試LORA模塊的PCB天線的輻射功率值，如果輻射功率值達(dá)不到要求（小于-15dbm），需要用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試史密斯原圖，調(diào)整射頻π型電路的器件參數(shù)。調(diào)整射頻阻抗接近50Ω（天線射頻接口保留初始π型電路，只串聯(lián)1個(gè)0歐電阻）

2、方案詳情

暫時(shí)無法在飛書文檔外展示此內(nèi)容

2.1按上圖所示，頻譜儀接433M天線，帶PCB天線的LORA終端接電池，設(shè)定頻譜儀參數(shù)，選擇433MHz頻率，125K帶寬，選擇最高點(diǎn)，用50Ω同軸線接入頻譜儀輸入端

2.2點(diǎn)擊PeaK, 光標(biāo)處在最高點(diǎn)

2.3點(diǎn)擊“View/Trace”進(jìn)入選項(xiàng)界面：點(diǎn)擊“Max Hold”最大保持

2.2讀取頻率下面的發(fā)射功率值為“-32.99dBm

2.3仿真匹配天線到最優(yōu)

天線匹配到50ohm附近，一種是先串聯(lián)電感，再并聯(lián)電容；另一種是先串聯(lián)電容，再并聯(lián)電感。電容和電感的值我們可以用一些工具計(jì)算得到。比如說這款Smith 工具：https://www.will-kelsey.com/smith_chart/

我們可以用這個(gè)Smith chart的工具很容易就計(jì)算出來先要串接48.69nH的電感，然后再并接20.9264pF的電容，最后的阻抗可以基本上為50Ohm。

從下圖中我們可以看出，DP1是我們用網(wǎng)分測(cè)出的在433MHz的原始阻抗5.48-117.j ohm,串上電容后，沿著電阻圓移動(dòng)到DP2,并連電容后，沿著電導(dǎo)圓向下移動(dòng)到DP3點(diǎn)，基本上就是50ohm附近。

需要注意的事，我們現(xiàn)在得到的串并聯(lián)電容和電感的值，都是一個(gè)理論值。由于走線上的寄生電容和寄生電感的存在，電容和電感本身也不是一個(gè)純的電容和電感，所以我們要把我們仿真的值焊在實(shí)際的電路板上，用網(wǎng)絡(luò)分析儀去測(cè)試。然后根據(jù)實(shí)際測(cè)試的結(jié)果，去微調(diào)匹配電路的值，使得最終的測(cè)試結(jié)果接近最優(yōu)結(jié)果，從而天線的性能得到優(yōu)化。

2.3LORA終端接入網(wǎng)絡(luò)分析儀，測(cè)試史密斯圓圖

2.4網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)置與校準(zhǔn)

2.5

點(diǎn)擊“1”“Center”設(shè)置中心頻率：如“433.92MHz”

點(diǎn)擊“2”“Span”設(shè)置頻率的帶寬：如“100MHz”

點(diǎn)擊“3”“Start”設(shè)置頻率的起始頻率：如“383.92MHz”

點(diǎn)擊“4”“Stop”設(shè)置頻率的終止頻率：如 “483.92MHz”

點(diǎn)擊“5”“Marker”設(shè)置頻率的測(cè)試點(diǎn)，界面如下圖所示：

測(cè)試點(diǎn)數(shù)可以自行設(shè)置，點(diǎn)頻的一般設(shè)置測(cè)試的頻率即可；

點(diǎn)擊“6”“Format”設(shè)置測(cè)試頻點(diǎn)的駐波比或史密斯圓圖：如下圖所示

選擇“S11”單端校準(zhǔn)窗口，點(diǎn)擊后進(jìn)入：如下圖所示

校準(zhǔn)完后就可以正常的測(cè)史密斯圓圖。實(shí)際測(cè)試對(duì)應(yīng)的π型電路，如下圖所示：

2.6 在LORA終端的π型電路上，焊接對(duì)應(yīng)的電感與電容

2.7重復(fù)2.1與2.2兩個(gè)步驟測(cè)試，LORA終端發(fā)射功率，如下圖所示,發(fā)射功率為-10.45dBm,與匹配前相比發(fā)射功率提高了20個(gè)dbm

2.8按下圖搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)試LORA網(wǎng)關(guān)接收LORA終端的溫度信息。再通過連接網(wǎng)關(guān)的測(cè)試電腦串口觀察信息接收情況。

暫時(shí)無法在飛書文檔外展示此內(nèi)容

2.9如果串口助手（波特率9600或115200根據(jù)程序固件確定）上的測(cè)試電腦收到LORA測(cè)溫終端信息，表示通信正常

2.10將測(cè)溫終端放置在距離LORA網(wǎng)關(guān)1公里左右的室外，測(cè)試測(cè)溫終端與網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)距離通信功能，將測(cè)溫終端的PCB天線一側(cè)面向LORA網(wǎng)關(guān)方向，連續(xù)給測(cè)溫終端上電5次，觀察連接LORA網(wǎng)關(guān)測(cè)試電腦串口是否接收到測(cè)溫終端發(fā)送的信息。

3、需要的測(cè)試設(shè)備或測(cè)試環(huán)境

3.1、測(cè)試電腦

3.2、串口調(diào)試助手

3.3、棒狀LORA天線

3.4、聚合物電池

3.5、LORA網(wǎng)關(guān)與LORA測(cè)溫終端，帶溫度傳感器

3.6、頻譜儀E4402B

3.7、網(wǎng)絡(luò)分析儀8783E

3.8、Smith V4.1工具

3.9 433M天線

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