IT外包服務商為您解讀藍夜折疊PIFA天線的設計與測試

2020-04-23 14:41 作者：艾銻無限 瀏覽量：

   
在遠古時代，古希臘中部有一個叫德爾菲的圣哲之地，那些想獲得成功的人都千里迢迢聚集于此，聽取先哲的神諭。在與先哲相見之前需要經過德爾菲之門，在那座高大門上鐫刻著幾個大字“認識你自己”，聽說先哲的神諭只有對那些愿意認識自己的人有效，只有那些愿意認識自己的人才能領悟到先哲的神諭對自己真正的意義和價值，才能帶領自己走向人生最輝煌的頂點。
 
現在，那些偉大的先哲早已不復存在，但先哲們的精神及智慧仍流傳至今，影響一代又一代的人不斷認識自己，接受自己，超越自己。英國思想家培根說“讀史使人明智”，如今又有多少人忘記了歷史對我們的教誨，整日活在困惑及無助中，看不到生命中的光，也從未喚醒過自己，以為自己就是這樣一個人，以為現在的自己就是本來的自己。
 
有些人也許是環境對他的改變，遇到什么他都不滿意，見到誰他都看不慣，只要一開口就充滿火藥味，我在想也許是這個世界欠他的，也許是小的時候沒有得到父母的呵護和愛，更也許是他沒有看到自己還活在這個世界里，能量守恒定律會讓他遭遇更多他不想要的結果。無法認識真實的自己，活著就是一種痛苦。
 
有些人也許是遇到了一些事件，在他的記憶最深的地方扎下了根，所以終日恍惚，恐懼和不安，每件事都做的淺嘗輒止，每件事都期望做的完美，所以拼著命想做對，想得到他人的認可，但往往事與原違的時候，原有的一點點動力就消失了，有的時候破罐子破摔，越這樣越離真真的自己很遠，那什么才是真正的自己呢，也許當我們開始學會接受自己的不完美時，真相才會呈現出來，我們才能看到機會，找到突破口。

以下文章由北京艾銻無限科技發展有限公司整理

IT外包服務商為您解讀藍夜折疊PIFA天線的設計與測試
 
藍牙是一種支持設備短距離通信(一般是10 m之內)的無線電技術，能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦等眾多設備之間進行無線信息交換，工作頻段是工業、科研、醫療(2.4～2.483 GHz) 全球通信自由頻段，目前已經廣泛應用在移動通信設備中。天線是藍牙無線系統中用來傳送電磁波的重要器件，目前尚無法整合到半導體芯片中。在藍牙產品中，無線網絡維護中藍牙天線的尺寸和性能決定了整個藍牙模塊的尺寸和性能。隨著移動通信的發展，個人移動設備趨于小型化和輕薄化，為了適應這一發展，藍牙天線的尺寸有了嚴格的要求。單極子天線尺寸過大，不適應于移動通信設備中。傳統的PIFA天線雖然將尺寸減小了一半，但相對快速小型化的移動通信產品而言還是尺寸過大。本文根據傳統印制倒F型天線的工作原理，設計了一種折疊PIFA天線，尺寸只有16 mm&TImes;4.5 mm，設計簡單、制造成本低、工作效率高，適用于藍牙系統。

1 傳統印制倒F型天線的分析

印制倒F型天線是上世紀末發展起來的一種天線，目前其理論分析都趨于成熟，其應用范圍也日趨廣泛。他具有結構簡單、重量輕、可共形、制造成本低、輻射效率高、容易實現多頻段工作等獨特優點，因此近幾年印制倒F型天線得到了廣泛的研究和發展。

印制倒F型天線的結構如圖1所示，由長為L的終端開路傳輸線與長為S的終端短路傳輸線并聯而成，當傳輸線導體線寬d《H，傳輸線的特性阻抗Z0可以表示為：
 
由長線理論可知終端短路和終端開路傳輸線的輸入電抗分別為：
 
當忽略損耗時，天線的輸入電阻即等于其輻射電阻，由文獻給出的倒F型天線的輻射電阻可得天線電阻為：
 
當天線水平部分的長度L=λ/4時，由式可知，天線的輸入電抗為0，天線處于諧振狀態，即：

此時天線的輸入電阻RPIFA為純電阻，與間距S無關，只與天線高度H有關，并隨天線高度H的增加而增加。

作為天線的諧振部分，天線水平部分長度L對天線輸入阻抗的影響最為直接，當其增加時，天線的輸入電阻減小，天線呈感性，反之亦然。通過調整L，可使天線的輸入阻抗呈純阻性，然后再調節天線高度H以使天線的輸入電阻接近50 Ω，即不需任何額外的電路即可完成阻抗匹配。

2 改善的印制倒F型藍牙天線

傳統印制倒F型天線雖然性能很高，但是其體積與工作頻率基本成正比，所以在日益小型化、超薄化的手機終端中還是顯的尺寸過大。

本文以一款支持藍牙功能的GSM手機為例，通過ANSOFT公司的HFSS 10.0進行仿真，設計一款體積小、性能好的藍牙天線。手機主板尺寸為103 mm&TImes;41.5 mm，由于手機結構造型的要求，藍牙芯片位于主板的右下方，從而限制了天線也只能位于手機的右下角。因為板子大小非常有限，留給藍牙天線的尺寸只有16 mm&TImes;5 mm，所以很難采用傳統PIFA天線。考慮到目前單極子天線普遍采用蜿蜒形式來減少其物理尺寸，所以可將這種形式應用于傳統印制倒F型天線，如圖2所示。

 
其中：d=0.5 mm，H=4 mm，S=2.3 mm，M=2 mm，N=3 mm，L=5 mm，h=1 mm。手機主板采用FR-4的材料，相對介電常數為4.2，天線饋點采用50 Ω微帶線。考慮到手機外殼對天線工作頻率的影響，我們在仿真的時候將天線的工作頻率提高，選擇在2.5 GHz。


3 試驗測試

按照上述軟件仿真的結構及尺寸制作天線，如圖5所示。為方便測量，將一特性阻抗為50 Ω的同軸電纜的內導體焊接在與天線饋電點相連的50 Ω微帶線上，外導體就近接在手機主板的地上，在同軸電纜的另一端焊SMA接頭并連到矢量網絡分析儀MS4622B。測試結果如圖6所示，回損10 dB帶寬約為120 MHz，可完全覆蓋藍牙所工作的ISM頻段：2.400～2.483 GHz。

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為評估該天線在室內環境中的工作性能，本文做如下實驗：分別采用經過驗證的某廠家介質諧振天線和本文的PIFA天線通過藍牙測試儀測試傳輸數據的誤包率。實驗表明，二者性能相當。而在實際應用當中，采用該PIFA天線的GSM手機與NOKIA藍牙耳機HS-11W通話距離可以達到15 m以上，符合一般終端測試規范要求。

4 結語

通過上述分析及測試結果可知，改善后的PIFA天線性能符合廠家要求。同時該天線設計簡潔、靈活，可先根據電路板實際尺寸大小選定L和H后，再確定S的大小。該方案成本低、效率高、結構緊湊、饋電方便，完全適于藍牙應用環境。