Перейти к содержанию

Согласующая цепь (П-цепь) антенны

На многих платах с радиомодулем между микросхемой и антенной стоят три площадки под компоненты, из которых запаяна одна перемычка 0 Ом. Это заготовка согласующей П-цепи: импеданс антенны в реальном корпусе почти никогда не равен 50 Ом, и без возможности подстройки часть мощности возвращается обратно.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Согласующая цепь (matching network) — цепь из катушек и конденсаторов между радиомикросхемой и антенной, которая приводит импеданс антенны к импедансу тракта, обычно 50 Ом. Цель — чтобы в антенну уходила вся мощность, а не отражалась обратно. TI называет рассогласование антенны одним из главных факторов, уменьшающих бюджет радиолинии (AN058, разд. 3.4).

Почему согласование нужно почти всегда

Импеданс антенны зависит не только от неё самой. У печатной IFA TI он настроен на 50 Ом на референсной плате, но меняется от размера и формы земли, корпуса, батарей рядом, толщины и материала платы (DN007, разд. 1). Согласование чиповой антенны из даташита сделано на тестовой плате производителя и на другой плате будет другим (AN058, разд. 4.2). Поэтому TI советует закладывать согласующую цепь и настраивать её в конечном окружении (разд. 6.2.5).

П-цепь

Рекомендуемый вариант — П-цепь у точки питания антенны: одно последовательное плечо и два параллельных на землю (AN058, разд. 3.4; DN023 — места под один последовательный и два параллельных элемента).

ПоложениеАнтенна согласованаНужна подстройка
Последовательное плечорезистор 0 Ом или разделительный конденсаторкатушка или конденсатор
Параллельные плечине запаяныконденсатор или катушка на землю

Номиналы подбирают по измерению отражения анализатором цепей в готовом изделии.

Как оценить согласование

AN058 связывает коэффициент отражения Γ = (Za − Z0)/(Za + Z0), КСВ и обратные потери RL=−20lg⁡∣Γ∣RL = -20 \lg |\Gamma| и даёт ориентиры: КСВ 1,5 (14 дБ) — хорошее согласование, выше 2 (9,5 дБ) — согласующую цепь стоит пересмотреть; КСВ 2 обычно берут границей при определении полосы антенны (разд. 3.4). Пересчитать КСВ в долю отражённой мощности можно калькулятором КСВ. Условие наибольшей передачи мощности — комплексно-сопряжённые импедансы источника и нагрузки, см. «Согласование по мощности».

Балун

Многие радиомикросхемы имеют дифференциальный ВЧ-порт, а антенны чаще несимметричные (single-ended) с входным импедансом 50 Ом — и измерительные приборы тоже. Чтобы соединить их, нужна трансформирующая цепь — балун, преобразующий симметричный сигнал в несимметричный (AN058, разд. 4). Подробно о типах антенн и согласовании — в статье «Антенны для радиомодулей».

Частые вопросы

Что поставить в П-цепь, если антенна уже согласована?

В последовательное плечо — резистор 0 Ом или разделительный конденсатор, параллельные плечи не запаивают. TI рекомендует разводить П-цепь всегда, чтобы антенну можно было согласовать, а при хорошем согласовании в ней остаётся одна перемычка (AN058, разд. 3.4).

Как понять, что согласование нужно подстроить?

Измерить отражение на входе антенны в готовом изделии. По AN058 КСВ 1,5 (обратные потери 14 дБ) — хорошее согласование, при КСВ выше 2 (9,5 дБ) согласующую цепь стоит пересмотреть (разд. 3.4). Перевести одно в другое поможет калькулятор КСВ.

Что такое балун и когда он нужен?

Трансформирующая цепь между симметричным (дифференциальным) и несимметричным выходом. Многие радиомикросхемы имеют дифференциальный ВЧ-порт, а большинство антенн и измерительных приборов — несимметричные на 50 Ом; чтобы их соединить, нужен балун (AN058, разд. 4).

Источники

  1. Texas Instruments. AN058 Antenna Selection Guide, SWRA161B (2010) — разд. 3.4: максимальная передача мощности при Z0, сопряжённом Za; коэффициент отражения Γ = (Za − Z0)/(Za + Z0), КСВ = (1 + |Γ|)/(1 − |Γ|), обратные потери = −20·lg|Γ|; КСВ 1,5 (14 дБ) — хорошо, выше 2 (9,5 дБ) — пересмотреть согласующую цепь, КСВ 2 — граница для полосы; рассогласование — один из главных факторов, уменьшающих бюджет линии; рекомендуется П-цепь, при хорошем согласовании в неё ставят резистор 0 Ом или разделительный конденсатор; разд. 4: несимметричные (50 Ом) и дифференциальные антенны, для дифференциального ВЧ-выхода и несимметричной антенны нужна трансформирующая цепь — балун; разд. 4.2: согласование чиповой антенны по даташиту сделано на тестовой плате и меняется на другой плате; разд. 6.2.5: настройка в конечном окружении
  2. Texas Instruments. 2.4-GHz Inverted F Antenna (DN007), SWRU120D (2019) — разд. 1: импеданс IFA настроен на 50 Ом на референсной плате, но зависит от земли, корпуса, батарей, толщины и материала платы — рекомендуется П-цепь у точки питания
  3. Texas Instruments. DN023 868 MHz, 915 MHz and 955 MHz Inverted F Antenna, SWRA228C (2011) — антенна примерно согласована на 50 Ом, внешние элементы не нужны, но размер земли влияет на импеданс — предусмотрены места под один последовательный и два параллельных элемента

Нашли ошибку?

Смотрите также