一、简介 大家在买车的过程中，经常会看到现在市面上所有汽车都配备了舒适进入的功能。这种功能通常使用传统的 PKE/RKE 钥匙搭配基站实现的；当然现在 NFC 以及蓝牙甚至是有希望落地的 UWB 都正在慢慢抢占市场份额，当然这些都是后话。不管是什么方式，舒适进入都绕不开一个话题，那就是无线通信。而无线通信就是需要将数据搭载到对应频率的载波上通过天线发射到空气中。也就是说天线设计以及阻抗设计的好坏将很大程度影响到信号的质量。  通常来说，我们在设计的时候会选用两种类型的天线：①外置的弹簧天线、FPC 天线等；② PCB 天线。当然还有一种是陶瓷天线，比如 NXP 的 UWB 芯片 NCJ29D5 就采用的是这种天线，它具有占用面积小的优势，但是在 434MHz 天线设计的时候还是前面两种使用频繁。① 具有很好的性能优势， 辐射范围相对较广，通常来说只需要在板子上预留 RF 天线座以及芯片端阻抗匹配元件的位置即可，天线可以直接使用市面上设计好的 434MHz 天线；而 ② 只需要在 PCB 的净空区处设置铜箔的尺寸和大小，在成本控制上相对更好。所以最终选择什么类型的天线还是要客户结合相应的应用需求进行取舍。二、天线的性能 在 PCB 天线设计的时候我们往往会产生疑问，天线的尺寸怎么设计，长度是多少 ，宽度又是多少呢？这里先不着急，我们慢慢地理一下，在 PCB 设计的过程中， 433MHz 天线不像蓝牙天线那样，通常具有相对固定的尺寸样式（倒 F 天线、蛇形天线等等）；PKE/RKE 的天线往往会受制于模具以及板子尺寸的影响具有不同的形状，一般来说就是走线，只是走线方向、长度、宽度以及厚度还有板子的介电常数等有所区别。对于天线的长度而言，其最佳长度是波长的 1/4。这个对于传播介质的不同长度会受影响，我们可以根据以下公式：   计算出 433.92MHz 对应的空气中以及 PCB 板上的天线最佳长度：
算完了长度，我们可以看看宽度的影响，提到宽度，我们就不得不提到特征阻抗，这个通常是由铜箔的厚度，板材介电常数、厚度以及线宽等共同决定的，一般来说铜厚在不过大电流的情况下都是 1oz（35.56um），板材也是可以和制版厂商量去确定的。在这些条件都固定的情况下，线宽越宽，那么同时间流经天线的电量就越高，电流越大。在射频电压不变的情况下（以 NCF29A1 为例，其采用的是纽扣电池，电压通常是在 2.1V 到 3.6V 之间），特征阻抗也就越小。 天线的作用就是将带有信息的能量发射出去，同时不希望有能量反射回来，也就是说我们愿意看到接近 100% 的能量从天线进入本征阻抗为 377Ω 的空气中，颇有一种“肉包子打狗”的味道。而决定这一特性可以用回波损耗（dB）=10×lg（反射波功率/入射波功率）很好的表示出来。当我们通过网络分析仪观察回波损耗落到 -20dB 以下时，就说明 99% 以上的能量都通过天线发送了出去。另外由于市面上的频谱仪等仪器端口通常都是做成 50Ω，所以天线端在进行阻抗匹配的时候尽可能与它们保持一致才能够方便调整测试。 相对于天线端，芯片端阻抗匹配就需要按照芯片的规格进行调整，以实现功率最大化传输。一般来说，在芯片端 434MHz 输出引脚阻抗调整的过程中，需要将除芯片以外的全部器件贴上，然后将芯片与天线端断开，使用 50Ω 电阻替代，通过 π 型、L 型等匹配网络将阻抗调整至芯片要求的阻抗上（这个数值可能是复数，也可能是虚部为零的纯电阻，具体情况得根据实际的芯片手册做调整）。其中有些芯片还得考虑输出引脚寄生电容的影响，如果在匹配的环节忽略了这几百 fF 容值的影响，也会让芯片端的阻抗有所偏移，一定程度上会对实际发射功率以及功耗产生影响。 三、参考文献 [1] 汽车门禁射频接收器阻抗匹配介绍_Bob Liu -NXP (China) Management Ltd..pdf [2] an455611 - Application Note - Lizard-HW - NCK2910 (1.1).pdf [3] AN-CAI1403_TOKEN_RF_PA_Matching (1.1).pdf |
