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射频工程师如何做匹配电路 l型匹配电路


射频工程师如何做匹配电路 l型匹配电路

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l型匹配电路(射频工程师如何制作匹配电路)
射频工程师在设计芯片和天线的阻抗匹配时 ， 有没有遇到过这样的问题？根据数据表中的参数进行匹配设计 。最后 ， 测试发现实际结果与手册的性能相差很大 。你考虑过为什么会有这么大的差别吗？还有就是在匹配调试的过程中 ， 不断尝试不同的电容和电感 ， 来回焊接元器件 。我们能改进这种调试方法吗？
首先 ， 理想的搭配
通常通信系统的射频前端需要阻抗匹配 ， 以保证系统的有效接收和发射 。在工业物联网的无线通信系统中 ， 国家对发射功率有严格的要求 ， 比如不超过+20 DBM；如果不能做好匹配 ， 会影响系统的通信距离 。
射频前端的理想情况是源端、传输线和负载端都是50 ， 如图1所示 。但这样的情况一般不存在 。即使在设计过程中对电路进行了仿真 ， 在板厂的制造过程中 ， 线宽、传输线与接地层之间的间隙以及板的厚度都会存在误差 。一般会预留焊盘用于调试 。
图1理想阻抗匹配
二、芯片手册推荐电路偏差大的原因？
从事射频电路设计的工程师都有过这样的经历 。在制作匹配电路时 ， 他们根据数据手册中给出的S参数、电路拓扑和元件的值进行设计 ， 最终的结果与手册中的结果相差很大 。这是为什么呢？
主要原因是对于射频电路来说 ， “导线”不再是导线 ， 而是具有特性阻抗 。如图2所示 ， 射频传输线被视为由电阻、电容和电感组成的网络 ， 需要用分布参数理论进行分析 。
图2传输线模型
阻抗与信号线的线宽(W)、线宽(T)、介电层厚度(H)和介电常数()有关 。其计算公式如下:
由公式可知 ， 特性阻抗与介质层的厚度成正比 。可以理解为 ， 绝缘层越厚 ， 信号通过它并与接地层形成回路所遇到的电阻越大 ， 所以阻抗值越大 。与介电常数、线宽和线宽成反比 。
由于芯片的应用场景不同 ， 虽然电路设计相同 ， 但设计的PCB受结构尺寸、器件类型、放置位置等因素影响 。 ， 会导致板、板厚、布线的不同 ， 特性阻抗的变化 。当我们仍然使用手册中给出的参数进行匹配时 ， 我们无法实现良好的阻抗匹配 ， 自然实际测试结果与手册中给出的结果会有较大的偏差 。
虽然我们不能完全复制芯片手册中电路的所有参数 ， 但是可以参考它的拓扑结构 ， 比如类型 ， T或者L等 。那接下来应该怎么调试那些参数呢？
三 。常规调试方法
PCB设计完成后 ， 进入调试过程 。有些工程师对于这个过程不知所措 ， 不知道如何下手 。有的工程师会回到数据手册 ， 把手册提供的参数直接焊接到PCB上 ， 通过光谱仪观察功率输出 。如果不符合预期值；然后调整电容和电感 ， 变大或变小 ， 再焊回PCB ， 迭代直到输出值达到预期 。
由于这种方法无法知道PCB上分布参数的阻抗 ， 只能通过不断焊接和改变参数来调试 ， 导致效率较低 ， 不适合调试接收链路的阻抗匹配 。
四 。有没有更有效的调试方法？
如果能知道PCB上分布参数的阻抗 ， 就可以根据史密斯圆图进行阻抗匹配 ， 从而减少不必要的参数尝试 。获得分布参数的阻抗有两种方法:一是用仿真软件建模仿真 ， 但是材料、尺寸、结构等条件 。需要已知才能建立模型 ， 其工作量不亚于直接调试；即使能建立模型 ， 如何保证其准确性也值得研究 。其次 ， 采用网络分析仪直接测量 ， 直观准确 。下面介绍如何通过网络划分直接获得特性阻抗 。
图3是调试匹配电路参考图 ， 由芯片模块、射频开关、天线组成 。以射频开关的输出为50参考点 ， 连接网络分析仪 ， 分别测量传输线到天线的阻抗和传输线到芯片端口的阻抗 。匹配后 ， 希望在天线方向上离这个点50 ， 在芯片方向上离这个点50 。选择这个作为50参考点主要有两点考虑:一是从这个点到天线是接收和发射的公共链路 ， 只需要匹配一次 ， 同时也考虑了天线对阻抗的影响；到芯片侧是接收和发射链路 ， 需要分别匹配；其次 ， 虽然增加了匹配电路的数量 ， 但每次都减少了匹配元件的数量 ， 减少了相互影响 ， 提高了匹配效率 。


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