天线匹配

Posted 2020-12-13 zzuzpb

天线是一种将电信号转换为磁场信号的一种装置，一种天线只会允许一种频段通过，一般的天线其阻抗为50Ω。天线是具有方向性的，天线的增益及传输距离与方向性有关。定向天线的传输距离较远，增益较高，但是其方向性不好。方向性好的天线其增益又不高，两者不可兼得。一般来说在天线与模块之间加一个π电路（由一个电感和两个电容组成），用于调试S11参数，进行天线匹配。天线匹配对环境要求苛刻，在给客户调试时须还原客户的使用环境，例如外壳和PCB敷铜对天线匹配的影响等等。
1、天线匹配参数、原理
   方向性
     天线对不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或者多个最大方向的天线称为定向天线。
   增益
     增益越高，传播距离越远。
   匹配原理
     阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，它反映了输入电路与输出电路之间的功率传输关系。当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的功率传输，还可能对电路产生损害。需要注意的是天线匹配并不是解决RF通信距离的唯一途径，很多问题并不是天线的原因，对于具体的问题要具体去分析。
2、天线匹配流程
   天线匹配的步骤：
     1、测试S11（自反射系数）;
     2、测试耦合功率；
     3、拉距。
   1、测试S11系数
     一般来说调试S11是通过调节天线的匝数来完成（适用于弹簧天线），剪短天线会使中心频点向高频移动。测试S11的曲线图如下图所示：

 

   如图所示为天线自反射系数曲线，曲线与-10dB的相交线为天线带宽，中心频点（波谷）越低，越靠近我们需要的频段，天线效果越好。

     测试S11的步骤如下：

     1）在仪器上设置起点和终点频率；

     2）选择使用的通道，分别使用校准器的三个接口校准仪器；

     3）查看天线的S11曲线，依据实际情况校准天线的中心频点；

     4）已解决则进行下一步，未解决则通多调天线的π电路来解决问题。

   2、测试耦合功率

     测试耦合功率一般采用待测试样机与标定样机进行参数对比，一般来说，耦合功率每提高6dB,通信距离相较之前提高一倍。

   3、拉距

     拉距测试可以很直观的了解设备的性能。通常选择一处较为开阔的地带进行拉距测试，选择地点时要排除障碍物和无线信号的干扰。在拉距过程中，记录拉距所用的参数和通信效果，通常以通信成功率90%作为临界点，记录此时终端和基站的距离，作为该参数下的通信距离。