IT外包服務(wù)商為您解讀藍(lán)夜折疊PIFA天線的設(shè)計(jì)與測(cè)試

2020-04-23 14:41 作者：艾銻無(wú)限 瀏覽量：

   
在遠(yuǎn)古時(shí)代，古希臘中部有一個(gè)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(jīng)過(guò)德爾菲之門，在那座高大門上鐫刻著幾個(gè)大字“認(rèn)識(shí)你自己”，聽說(shuō)先哲的神諭只有對(duì)那些愿意認(rèn)識(shí)自己的人有效，只有那些愿意認(rèn)識(shí)自己的人才能領(lǐng)悟到先哲的神諭對(duì)自己真正的意義和價(jià)值，才能帶領(lǐng)自己走向人生最輝煌的頂點(diǎn)。
 
現(xiàn)在，那些偉大的先哲早已不復(fù)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(rèn)識(shí)自己，接受自己，超越自己。英國(guó)思想家培根說(shuō)“讀史使人明智”，如今又有多少人忘記了歷史對(duì)我們的教誨，整日活在困惑及無(wú)助中，看不到生命中的光，也從未喚醒過(guò)自己，以為自己就是這樣一個(gè)人，以為現(xiàn)在的自己就是本來(lái)的自己。
 
有些人也許是環(huán)境對(duì)他的改變，遇到什么他都不滿意，見到誰(shuí)他都看不慣，只要一開口就充滿火藥味，我在想也許是這個(gè)世界欠他的，也許是小的時(shí)候沒有得到父母的呵護(hù)和愛，更也許是他沒有看到自己還活在這個(gè)世界里，能量守恒定律會(huì)讓他遭遇更多他不想要的結(jié)果。無(wú)法認(rèn)識(shí)真實(shí)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(duì)，想得到他人的認(rèn)可，但往往事與原違的時(shí)候，原有的一點(diǎn)點(diǎn)動(dòng)力就消失了，有的時(shí)候破罐子破摔，越這樣越離真真的自己很遠(yuǎn)，那什么才是真正的自己呢，也許當(dāng)我們開始學(xué)會(huì)接受自己的不完美時(shí)，真相才會(huì)呈現(xiàn)出來(lái)，我們才能看到機(jī)會(huì)，找到突破口。

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IT外包服務(wù)商為您解讀藍(lán)夜折疊PIFA天線的設(shè)計(jì)與測(cè)試
 
藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信(一般是10 m之內(nèi))的無(wú)線電技術(shù)，能在包括移動(dòng)電話、PDA、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線信息交換，工作頻段是工業(yè)、科研、醫(yī)療(2.4～2.483 GHz) 全球通信自由頻段，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在移動(dòng)通信設(shè)備中。天線是藍(lán)牙無(wú)線系統(tǒng)中用來(lái)傳送電磁波的重要器件，目前尚無(wú)法整合到半導(dǎo)體芯片中。在藍(lán)牙產(chǎn)品中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中藍(lán)牙天線的尺寸和性能決定了整個(gè)藍(lán)牙模塊的尺寸和性能。隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，個(gè)人移動(dòng)設(shè)備趨于小型化和輕薄化，為了適應(yīng)這一發(fā)展，藍(lán)牙天線的尺寸有了嚴(yán)格的要求。單極子天線尺寸過(guò)大，不適應(yīng)于移動(dòng)通信設(shè)備中。傳統(tǒng)的PIFA天線雖然將尺寸減小了一半，但相對(duì)快速小型化的移動(dòng)通信產(chǎn)品而言還是尺寸過(guò)大。本文根據(jù)傳統(tǒng)印制倒F型天線的工作原理，設(shè)計(jì)了一種折疊PIFA天線，尺寸只有16 mm&TImes;4.5 mm，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制造成本低、工作效率高，適用于藍(lán)牙系統(tǒng)。

1 傳統(tǒng)印制倒F型天線的分析

印制倒F型天線是上世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的一種天線，目前其理論分析都趨于成熟，其應(yīng)用范圍也日趨廣泛。他具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、可共形、制造成本低、輻射效率高、容易實(shí)現(xiàn)多頻段工作等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因此近幾年印制倒F型天線得到了廣泛的研究和發(fā)展。

印制倒F型天線的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由長(zhǎng)為L(zhǎng)的終端開路傳輸線與長(zhǎng)為S的終端短路傳輸線并聯(lián)而成，當(dāng)傳輸線導(dǎo)體線寬d《H，傳輸線的特性阻抗Z0可以表示為：
 
由長(zhǎng)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(dāng)忽略損耗時(shí)，天線的輸入電阻即等于其輻射電阻，由文獻(xiàn)給出的倒F型天線的輻射電阻可得天線電阻為：
 
當(dāng)天線水平部分的長(zhǎng)度L=λ/4時(shí)，由式可知，天線的輸入電抗為0，天線處于諧振狀態(tài)，即：

此時(shí)天線的輸入電阻RPIFA為純電阻，與間距S無(wú)關(guān)，只與天線高度H有關(guān)，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(zhǎng)度L對(duì)天線輸入阻抗的影響最為直接，當(dāng)其增加時(shí)，天線的輸入電阻減小，天線呈感性，反之亦然。通過(guò)調(diào)整L，可使天線的輸入阻抗呈純阻性，然后再調(diào)節(jié)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(lán)牙天線

傳統(tǒng)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(jī)終端中還是顯的尺寸過(guò)大。

本文以一款支持藍(lán)牙功能的GSM手機(jī)為例，通過(guò)ANSOFT公司的HFSS 10.0進(jìn)行仿真，設(shè)計(jì)一款體積小、性能好的藍(lán)牙天線。手機(jī)主板尺寸為103 mm&TImes;41.5 mm，由于手機(jī)結(jié)構(gòu)造型的要求，藍(lán)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(jī)的右下角。因?yàn)榘遄哟笮》浅Ｓ邢蓿艚o藍(lán)牙天線的尺寸只有16 mm&TImes;5 mm，所以很難采用傳統(tǒng)PIFA天線。考慮到目前單極子天線普遍采用蜿蜒形式來(lái)減少其物理尺寸，所以可將這種形式應(yīng)用于傳統(tǒng)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(jī)主板采用FR-4的材料，相對(duì)介電常數(shù)為4.2，天線饋點(diǎn)采用50 Ω微帶線。考慮到手機(jī)外殼對(duì)天線工作頻率的影響，我們?cè)诜抡娴臅r(shí)候?qū)⑻炀€的工作頻率提高，選擇在2.5 GHz。


3 試驗(yàn)測(cè)試

按照上述軟件仿真的結(jié)構(gòu)及尺寸制作天線，如圖5所示。為方便測(cè)量，將一特性阻抗為50 Ω的同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體焊接在與天線饋電點(diǎn)相連的50 Ω微帶線上，外導(dǎo)體就近接在手機(jī)主板的地上，在同軸電纜的另一端焊SMA接頭并連到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀MS4622B。測(cè)試結(jié)果如圖6所示，回?fù)p10 dB帶寬約為120 MHz，可完全覆蓋藍(lán)牙所工作的ISM頻段：2.400～2.483 GHz。

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為評(píng)估該天線在室內(nèi)環(huán)境中的工作性能，本文做如下實(shí)驗(yàn)：分別采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的某廠家介質(zhì)諧振天線和本文的PIFA天線通過(guò)藍(lán)牙測(cè)試儀測(cè)試傳輸數(shù)據(jù)的誤包率。實(shí)驗(yàn)表明，二者性能相當(dāng)。而在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，采用該P(yáng)IFA天線的GSM手機(jī)與NOKIA藍(lán)牙耳機(jī)HS-11W通話距離可以達(dá)到15 m以上，符合一般終端測(cè)試規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析及測(cè)試結(jié)果可知，改善后的PIFA天線性能符合廠家要求。同時(shí)該天線設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、靈活，可先根據(jù)電路板實(shí)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(jié)構(gòu)緊湊、饋電方便，完全適于藍(lán)牙應(yīng)用環(huán)境。