RF工程師設(shè)計(jì)芯片和天線間的阻抗匹配的問題和解決方法說明

　　RF工程師在設(shè)計(jì)芯片和天線間的阻抗匹配時(shí)是否也遇到過這樣的問題，根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)的參數(shù)進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，最后測(cè)試發(fā)現(xiàn)實(shí)際結(jié)果和手冊(cè)的性能大相徑庭，你是否考慮過為什么會(huì)出現(xiàn)這么大的差別？還有，匹配調(diào)試過程中不斷的嘗試不同的電容、電感，來回焊接元器件，這樣的調(diào)試方法我們還能改善嗎？

　　一、理想的匹配

　　通信系統(tǒng)的射頻前端一般都需要阻抗匹配來確保系統(tǒng)有效的接收和發(fā)射，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的無線通信系統(tǒng)中，國(guó)家對(duì)發(fā)射功率的大小有嚴(yán)格要求，如不高于+20dBm；若不能做到良好的匹配，就會(huì)影響系統(tǒng)的通信距離。

　　射頻前端最理想的情況就是源端、傳輸線和負(fù)載端都是50Ω，如圖1。但是這樣的情況一般不存在。即使電路在設(shè)計(jì)過程中仿真通過，板廠制作過程中，線寬、傳輸線與地平面間隙和板厚都會(huì)存在誤差，一般會(huì)預(yù)留焊盤調(diào)試使用。

　　通信系統(tǒng)中射頻與天線阻抗匹配的調(diào)試方法

　　圖1理想的阻抗匹配

　　二、造成與芯片手冊(cè)推薦電路偏差大的原因？

　　從事RF電路設(shè)計(jì)的工程師都有過這樣的經(jīng)驗(yàn)，做匹配電路時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)給的S參數(shù)、電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、元器件的取值進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后得到的結(jié)果和手冊(cè)上的差別很大。這是為什么呢？

　　其主要原因是對(duì)射頻電路來說，“導(dǎo)線”不再是導(dǎo)線，而是具有特征阻抗。如圖2所示，射頻傳輸線看成由電阻、電容和電感構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)需要用分布參數(shù)理論進(jìn)行分析。

　　通信系統(tǒng)中射頻與天線阻抗匹配的調(diào)試方法

　　圖2傳輸線模型

　　特征阻抗與信號(hào)線的線寬（w）、線厚（t）、介質(zhì)層厚度（h）和介質(zhì)常數(shù)（）有關(guān)。其計(jì)算公式如下：

　　通信系統(tǒng)中射頻與天線阻抗匹配的調(diào)試方法

　　由公式可以知道，特征阻抗和介質(zhì)層厚度成正比，可以理解為絕緣厚度越厚，信號(hào)穿過其和接地層形成回路所遇到的阻力越大，所以阻抗值越大；和介質(zhì)常數(shù)、線寬和線厚成反比。

　　因?yàn)樾酒膽?yīng)用場(chǎng)景不同，雖然電路設(shè)計(jì)一樣，但是設(shè)計(jì)的PCB受結(jié)構(gòu)尺寸、器件種類、擺放位置等因素的影響，會(huì)導(dǎo)致板材、板厚、布線的不同，引起特征阻抗的變化。當(dāng)我們還是沿用手冊(cè)給的參數(shù)進(jìn)行匹配時(shí)，并不能做到良好阻抗匹配，自然會(huì)出現(xiàn)實(shí)際測(cè)試的結(jié)果與手冊(cè)給的結(jié)果偏差較大的情況。

　　雖然我們不能完全照搬芯片手冊(cè)電路的所有參數(shù)，但可以參考其中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如π型、T型或者L型等。那接下來我們應(yīng)該如何調(diào)試那些參數(shù)呢？