對于短距離無線通信設(shè)備(SRD,, short range devices)來說,天線的設(shè)計(jì)關(guān)系到通信距離的問題,。輻射模型,、增益、阻抗匹配,、帶寬,、尺寸和成本等因素,會影響我們對于天線的選擇和設(shè)計(jì),。目前,,國內(nèi)普通的ZigBee芯片均工作在2.4G頻段,,也就是ISM頻段。工作于這個(gè)頻段的無線技術(shù)很多,,常見的還有Bluetooth(藍(lán)牙),,Wi-Fi(無線局域網(wǎng))等。那么,,如何設(shè)計(jì)我們所需要的天線呢,。這里我們就討論一下這個(gè)問題。
一般來說,,在這個(gè)頻段,,我們可以選擇的天線有PCB天線、Chip天線和Whip天線,。具體的形狀如下圖1所示:
圖1:PCB天線,、Chip天線和Whip天線示意圖
對于短距離無線通信設(shè)備(SRD, short range devices)來說,,天線的設(shè)計(jì)關(guān)系到通信距離的問題,。輻射模型、增益,、阻抗匹配,、帶寬、尺寸和成本等因素,,會影響我們對于天線的選擇和設(shè)計(jì),。目前,國內(nèi)普通的ZigBee芯片均工作在2.4G頻段,,也就是ISM頻段,。工作于這個(gè)頻段的無線技術(shù)很多,常見的還有Bluetooth(藍(lán)牙),,Wi-Fi(無線局域網(wǎng))等,。那么,如何設(shè)計(jì)我們所需要的天線呢,。這里我們就討論一下這個(gè)問題。
一般來說,,在這個(gè)頻段,,我們可以選擇的天線有PCB天線、Chip天線和Whip天線,。具體的形狀如下圖1所示:
圖1:PCB天線,、Chip天線和Whip天線示意圖
這三種天線的優(yōu)劣如下:
天線類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)
PCB天線低成本;可以達(dá)到較好的性能,;在頻率高的情況下尺寸小尺寸小,、效率高的天線設(shè)計(jì)困難,;在頻率低情況下尺寸較大
Chip天線體積小性能中等、成本中等
Whip天線性能好成本高,、很多情況下不適用
天線又可以分為單端天線和差分天線這兩種:單端天線又可以稱為非平衡天線,,差分天線也可以稱為平衡天線。單端天線主要依靠一個(gè)ground為參考的信號,,它的特征阻抗一般為50歐姆,。但是,有好多RF IC具有差分的RF口,,因此,,如果使用單端天線的話,就需要有一個(gè)電路來改變這種特性,,這個(gè)電路就稱為balun(通常說的平衡/非平衡變壓器),。單端天線和雙端天線的實(shí)例如下圖2所示:
圖2:單端天線和雙端天線圖
PCB天線設(shè)計(jì)難度較大,通常還需要仿真工具的支持,。為了得到一個(gè)最優(yōu)的設(shè)計(jì),,做仿真就會很花時(shí)間和精力。因此,,一般我們都是原封不動(dòng)的按照芯片廠商給出的參考設(shè)計(jì)來做,。Chip天線可以用在天線空間比較小的場景中,即使頻率低于1GHz,。和PCB天線相比,,Chip天線就增加了BOM(Bill of Material),并且還要增加貼片的成本,。Whip天線性能比較好,,但是相比于前面的PCB天線和Chip天線來說,成本較高,、尺寸較大,,而且,通常需要一個(gè)連接座,。一般來說,,這種天線都是全向天線。
對于CC2430來說,,PCB天線不失為一種較經(jīng)濟(jì)的選擇,。而且,通信距離也可以滿足一般的要求,。下圖3是CC2430開發(fā)板倒F天線的PCB圖:
圖3:F天線的PCB圖
可以從圖中看出來,,這種倒F天線是單端天線,也就是非平衡天線,,我們需要balun,。同樣,,TI也給出了微帶balun的設(shè)計(jì)參考,下圖4是微帶balun的PCB:
圖4:TI CC2430微帶balun的PCB圖
Freescale的MC13213開發(fā)板也采用了類似的倒F天線,,不過Freescale開發(fā)板采用了balun器件,,需要增加一定的BOM。
我們可以按照具體的情況來選擇天線,,主要綜合性能,、尺寸和成本這三個(gè)因素。