如何通过调试陶瓷天线匹配让耳机通讯距离满足要求？

电子工程师 2021-03-29 6646

电子说

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描述

背景

天线功能是将射频电路信号与无线电磁波信号互相转换。由于电磁波在传播过程中特性受到周围环境的影响很大，因此天线的特性也同样受周围环境的影响。金属导体(PCB的铺地和走线都是导体)影响：金属导体对电磁波信号具有屏蔽作用，且会影响天线的电荷排布，导致天线上的射频信号直接耦合到金属上无法转换成电磁波，严重影响天线的性能和指标。天线周围的绝缘体影响：如塑料外壳以及其对天线的距离不同等同样对天线性能造成影响。这种情况下天线需调试匹配，达到天线性能最佳状态。本例即是根据客户需求通过调试顺络陶瓷天线匹配使TWS耳机通讯距离满足要求。

调试方案

1、PCB调试：我司天线SLDA81-3R010G-S1TF，调试方案为：1#串联5.1nH电感，3#后并2.2pF电容。中心频点阻抗49.2Ω，带宽100MHz，测试效率45%，对应峰值增益4.8dBi。

2、整机调试方案：1#串联4.3nH电感，3#后并2.2pF电容。中心频点（2.450GHz）阻抗48.8Ω，带宽100MHz，测试效率32%，对应峰值增益3.2dBi.

3、通过测试室外距离，在10米距离内均没发现信号盲点，没有卡顿出现，通讯距离超过12m均会出现信号盲点，某个角度发现卡顿现象，且发生卡顿的距离及角度（角度范围很小），搭配我司天线调试结果达到客户要求。

陶瓷天线参数

1、天线匹配概念

天线（负载）与馈线（传输线）的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用三个参数来衡量，即反射系数、驻波比和回波损耗。一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。

1.1反射系数

反射系数即用网络分析仪测得的S11参数，表示端口阻抗与系统所需阻抗的匹配程度，表示输入信号有多少未能进入滤波器而被反射回输入端。0≤反射系数≤ 1，理想情况是0，等于1是发生完全发射。

1.2驻波比

驻波比则指驻波波腹电压与波谷（波节）电压幅度之比。当驻波比等于1时，表示馈线与天线阻抗完全匹配，此时源端发射的信号被天线完成辐射出去，没有能量反射，即无能量损耗；当驻波比大于1时，表示馈线与天线阻抗部分匹配，源端信号发生部分反射，能量没有完全辐射出去，有部分能量损耗。一般认为驻波比小于等于2时，是天线可以接受的匹配程度，此时已有90%的功率被辐射出去。

1.3回波损耗

定义为端口网络输入端的反射功率与入射功率之比的（负）分贝数，回波损耗的值在0dB—∞之间，其绝对值越小表示匹配越差，绝对值越大表示匹配越好。0表示全反射，无穷大表示完全匹配。回波损耗的绝对值越大越好。

2、天线匹配电路

3、天线的其他参数

3.1天线增益

在相等的输入功率下，天线的最大辐射功率密度与一理想的无方向性无损耗天线在空间同一点所产生的功率密度的之比。同时考虑损耗和方向性，可以理解为天线的最大辐射功率密度与把相同的输入功率无方向性地分布在球面上时的功率密度的比值。天线增益体现为将能量有效集中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力。天线的增益由振子叠加而产生，增益越高，天线长度越长，辐射距离越远。天线增益越高，方向性越好，能量越集中。

3.2天线频带

指天线工作的频率范围，在这个范围内天线的性能都是可以接受的，而频率范围的中心频点就称为天线的中心频率。一般蓝牙的中心频点为2.442GHz，在实际应用中天线需要调频将蓝牙频段的阻抗调到匹配状态，此时天线阻抗最小，效率最高，驻波比最小。我司陶瓷天线的中心频率有2.45GHz、 2.8GHz 、2.51GHz、2.54GHz等，须通过调试匹配应用于蓝牙频段的智能设备中。

顺络射频元件-陶瓷天线

1、特征及用途：

特征

●重量轻、结构紧密

●带宽宽、低成本

●高增益的内置天线

用途

●Wi-Fi、蓝牙、无线局域网

●家庭网络无线射频系统、TWS耳机、智能穿戴等

2、外观及焊盘：