IT外包服务商为您解读蓝夜折叠PIFA天线的设计与测试

2020-04-23 14:41 作者：艾锑无限 浏览量：

   
在远古时代，古希腊中部有一个叫德尔菲的圣哲之地，那些想获得成功的人都千里迢迢聚集于此，听取先哲的神谕。在与先哲相见之前需要经过德尔菲之门，在那座高大门上镌刻着几个大字“认识你自己”，听说先哲的神谕只有对那些愿意认识自己的人有效，只有那些愿意认识自己的人才能领悟到先哲的神谕对自己真正的意义和价值，才能带领自己走向人生最辉煌的顶点。
 
现在，那些伟大的先哲早已不复存在，但先哲们的精神及智慧仍流传至今，影响一代又一代的人不断认识自己，接受自己，超越自己。英国思想家培根说“读史使人明智”，如今又有多少人忘记了历史对我们的教诲，整日活在困惑及无助中，看不到生命中的光，也从未唤醒过自己，以为自己就是这样一个人，以为现在的自己就是本来的自己。
 
有些人也许是环境对他的改变，遇到什么他都不满意，见到谁他都看不惯，只要一开口就充满火药味，我在想也许是这个世界欠他的，也许是小的时候没有得到父母的呵护和爱，更也许是他没有看到自己还活在这个世界里，能量守恒定律会让他遭遇更多他不想要的结果。无法认识真实的自己，活着就是一种痛苦。
 
有些人也许是遇到了一些事件，在他的记忆最深的地方扎下了根，所以终日恍惚，恐惧和不安，每件事都做的浅尝辄止，每件事都期望做的完美，所以拼着命想做对，想得到他人的认可，但往往事与原违的时候，原有的一点点动力就消失了，有的时候破罐子破摔，越这样越离真真的自己很远，那什么才是真正的自己呢，也许当我们开始学会接受自己的不完美时，真相才会呈现出来，我们才能看到机会，找到突破口。

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IT外包服务商为您解读蓝夜折叠PIFA天线的设计与测试
 
蓝牙是一种支持设备短距离通信(一般是10 m之内)的无线电技术，能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑等众多设备之间进行无线信息交换，工作频段是工业、科研、医疗(2.4～2.483 GHz) 全球通信自由频段，目前已经广泛应用在移动通信设备中。天线是蓝牙无线系统中用来传送电磁波的重要器件，目前尚无法整合到半导体芯片中。在蓝牙产品中，无线网络维护中蓝牙天线的尺寸和性能决定了整个蓝牙模块的尺寸和性能。随着移动通信的发展，个人移动设备趋于小型化和轻薄化，为了适应这一发展，蓝牙天线的尺寸有了严格的要求。单极子天线尺寸过大，不适应于移动通信设备中。传统的PIFA天线虽然将尺寸减小了一半，但相对快速小型化的移动通信产品而言还是尺寸过大。本文根据传统印制倒F型天线的工作原理，设计了一种折叠PIFA天线，尺寸只有16 mm&TImes;4.5 mm，设计简单、制造成本低、工作效率高，适用于蓝牙系统。

1 传统印制倒F型天线的分析

印制倒F型天线是上世纪末发展起来的一种天线，目前其理论分析都趋于成熟，其应用范围也日趋广泛。他具有结构简单、重量轻、可共形、制造成本低、辐射效率高、容易实现多频段工作等独特优点，因此近几年印制倒F型天线得到了广泛的研究和发展。

印制倒F型天线的结构如图1所示，由长为L的终端开路传输线与长为S的终端短路传输线并联而成，当传输线导体线宽d《H，传输线的特性阻抗Z0可以表示为：
 
由长线理论可知终端短路和终端开路传输线的输入电抗分别为：
 
当忽略损耗时，天线的输入电阻即等于其辐射电阻，由文献给出的倒F型天线的辐射电阻可得天线电阻为：
 
当天线水平部分的长度L=λ/4时，由式可知，天线的输入电抗为0，天线处于谐振状态，即：

此时天线的输入电阻RPIFA为纯电阻，与间距S无关，只与天线高度H有关，并随天线高度H的增加而增加。

作为天线的谐振部分，天线水平部分长度L对天线输入阻抗的影响最为直接，当其增加时，天线的输入电阻减小，天线呈感性，反之亦然。通过调整L，可使天线的输入阻抗呈纯阻性，然后再调节天线高度H以使天线的输入电阻接近50 Ω，即不需任何额外的电路即可完成阻抗匹配。

2 改善的印制倒F型蓝牙天线

传统印制倒F型天线虽然性能很高，但是其体积与工作频率基本成正比，所以在日益小型化、超薄化的手机终端中还是显的尺寸过大。

本文以一款支持蓝牙功能的GSM手机为例，通过ANSOFT公司的HFSS 10.0进行仿真，设计一款体积小、性能好的蓝牙天线。手机主板尺寸为103 mm&TImes;41.5 mm，由于手机结构造型的要求，蓝牙芯片位于主板的右下方，从而限制了天线也只能位于手机的右下角。因为板子大小非常有限，留给蓝牙天线的尺寸只有16 mm&TImes;5 mm，所以很难采用传统PIFA天线。考虑到目前单极子天线普遍采用蜿蜒形式来减少其物理尺寸，所以可将这种形式应用于传统印制倒F型天线，如图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。手机主板采用FR-4的材料，相对介电常数为4.2，天线馈点采用50 Ω微带线。考虑到手机外壳对天线工作频率的影响，我们在仿真的时候将天线的工作频率提高，选择在2.5 GHz。


3 试验测试

按照上述软件仿真的结构及尺寸制作天线，如图5所示。为方便测量，将一特性阻抗为50 Ω的同轴电缆的内导体焊接在与天线馈电点相连的50 Ω微带线上，外导体就近接在手机主板的地上，在同轴电缆的另一端焊SMA接头并连到矢量网络分析仪MS4622B。测试结果如图6所示，回损10 dB带宽约为120 MHz，可完全覆盖蓝牙所工作的ISM频段：2.400～2.483 GHz。

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为评估该天线在室内环境中的工作性能，本文做如下实验：分别采用经过验证的某厂家介质谐振天线和本文的PIFA天线通过蓝牙测试仪测试传输数据的误包率。实验表明，二者性能相当。而在实际应用当中，采用该PIFA天线的GSM手机与NOKIA蓝牙耳机HS-11W通话距离可以达到15 m以上，符合一般终端测试规范要求。

4 结语

通过上述分析及测试结果可知，改善后的PIFA天线性能符合厂家要求。同时该天线设计简洁、灵活，可先根据电路板实际尺寸大小选定L和H后，再确定S的大小。该方案成本低、效率高、结构紧凑、馈电方便，完全适于蓝牙应用环境。