為低功耗無線應用選擇天線綱要為低功耗無線應用選擇天線綱要7/7為低功耗無線應用選擇天線綱要為低功耗無線應用選擇天線天線是RF系統中的一個重要組件，而且對性能有重視要的影響。高性能、小尺寸以及低成本是好多RF應用最常有的要求。為了滿足這些要求，推行一個合適的天線并概括描述其性能特點是特別重要的。本文描述了典型的天線種類并闡述了選擇天線時應該考試的重要參數。天線的種類在選擇天線時，天線的尺寸、成本以及性能是最重要的考慮因素。對于短距離圖1典型的天線解決方案1PCB天線設計一款PCB天線其實不是一件簡單了然的事情，由于還需要一個仿真工具才能獲得一個合意的解決方案。除了要供應一種最合適的設計之外，配置這樣一個能進行精確仿真的工具也是一項困難且耗時的工作。芯片天線對于天線而言，若是板級空間特別有限，那么芯片天線可以說是一個不錯的解決方案。這各種類的天線可支持小解決方案尺寸（即即是在1GHz頻率以下）。與PCB天線對照，這類天線的缺點在于該解決方案會增加資料和貼裝成本。芯片天線的一般成本介于0.10美元和1.00美元之間。即使一些芯片天線廠商聲稱說這類天線可與某種50Ω阻抗般配以適應頻帶，但平時還需要其他一些與之相般配的組件。鞭形天線若是我們最重視的是性能，而不是外形尺寸和成本，那么帶有一個連接器的外面天線將是一個很好的解決方案。這些天線平時為單極天線，且擁有全向輻射模式，這就是說該天線在一個平面上各個方向的性能幾乎都是相同的。鞭形天線應安裝在接地層上，以獲得最正確的性能。為了實現最大程度的節約，四分之一波長的線即可供應一款高效的解決方案。天線參數在選擇天線時，一些需要考慮的最重要的因素包括：輻射模式、天線效率以及天線帶寬。輻射模式和增益圖2顯示了在PCB平面中，PCB天線的輻射模式將如何隨方向不相同而變化。當解讀這樣一個輻射模式變化圖時，認識幾個天線參數是特別重要的。圖2輻射模式除了該輻射模式變化圖之外，將輻射模式與天線的配置相聯系也是很重要的。輻射模式平時在三個互成直角的平面XY、XZ和YZ上測試。誠然可以進行全3D圖形測量，但由于這是一項耗時的工作且需要昂貴的設備，因此一般不這么做。定義這三個平面的另一種方法是使用一個球形坐標系統。這三個平面將由=90°,Φ=0°和Φ=90°來定義。圖3顯示了如何將球形符號與這三個平面聯系在一起。若是沒有給出相關如何將輻射模式圖上的輻射方向與天線的配置聯系起來的信息，那么0°為X方向，XY平面上角度朝Y方向趨增。就XZ平面而言，0°位于Z方向，同時角度朝X方向趨增。對YZ平面來說，0°位于Z方向，角度朝Y方向趨增。圖3球形坐標系統增益或參照電平平時是指全向輻射天線，其為一種各方向均為相同輻射功率的理想天線。當全向天線被用作參照時，增益以dBi單位，或被規定為等效全向輻射功率(EIRP)。圖2中的外圓相當于5.6dBi，左下方的4dB/div符號表示對所有漸漸增加的小圓來說發射級別降低了4dB。對照全向天線，PCB天線在0°方向會有一個5.6dB高級其他輻射。如式1所示，天線增益G被定義為最大輻射強度同平均輻射強度乘以天線效率的比。1）其中，Umax為最大輻射強度，Uavg為平均強度，這兩個值的比被稱為方向性D。天線元件的為了精確地測量天線輻射方向，只對被測設備的直達波進行測量并防備影響測量結果的反射波特別重要。為了最少化拾取反射能量，平時在無回音室或天線測試場進行這些測量。另一個要求是，在天線遠聲場測量的信號必定為平面波。如式2所示，遠聲場距離Rf由波長λ和最大天線尺寸DIM決定。由于無回音室的空間有限，因此平時在室外天線測試場對一些大型、低頻率天線進行測試。2）偏振偏振是對電場方向的描述。所有在自由空間中流傳的電磁波都擁有與流傳方向垂直的電場和磁場。在考慮偏振的情況下，平時會對電場向量進行描述，而忽略磁場，由于其同電場正交并成比率關系。為了獲得最正確性能，接收和發射天線都應該擁有相同的偏振。實質上，短距離應用中的大多數天線都會在多個方向產生偏振。由于室內設備承受了好多反射，因此偏振不像一些室外工作設備那么重要。帶寬和阻抗般配確定天線帶寬的兩種常有方法是：1）在相關頻帶上調理載波的同時對輻射功率進行測量；2）使用網絡解析儀對天線饋電點的反射進行測量。圖4顯示了第一種方法，其對一個2.4GHz天線的輻射功率進行測量，這類天線在2.4GHz頻帶上擁有湊近2dB的輸出功率變化，同時還擁有湊近于這一頻帶中心的最大輻射。這類測量方法是經過對2.3～2.8GHz的連續波信號進行調治來完成的。這類方法應該在一個無回音室中進行，以獲得正確的絕對帶寬級別?？墒牵词乖跊]有無回音室的情況下，這類方法也特別適用。圖42.4GHz天線的帶寬在一般實驗室環境中的測量可以獲得一個相對結果，其表示天線在理想頻帶中間可否擁有最正確性能。被用來進行這類測量的接收天線的性能特點將會對測量結果產生影響。因此，該天線在測量頻帶上擁有大概相同的性能特別重要。這類預防措施有助于保證在測量頻帶上察看到的性能相對變化是有效的。描述天線帶寬特點的第二種方法是對天線饋電點上的反射功率進行測量。斷開天線并使用一條同軸線纜將一臺網絡解析儀連接至天線便可以進行此類測量。天線的帶寬平時被定義為頻率范圍，該頻率下的反射低于-10dB，也許VSWR少于2。這就相當于在這一頻率范圍中僅有不到10%的有效功率被天線反射。尺寸、成本和性能理想的天線不僅需特別小、零成本，而且還要擁有優異的性能?？墒?，現實生活中，在這些指標之間謀求一個折中是特別必要