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适合 2.4 GHz 无线电的低成本 PCB 天线:适用于 STM32WB 系列的蛇形天线设计

01/06 15:53
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适合 2.4 GHz 无线电的低成本 PCB 天线:适用于 STM32WB 系列的蛇形天线设计

1.71 MB

引言

此应用笔记专用于 STM32WB 系列微控制器

使用 PCB印刷电路板)天线的主要原因之一是降低无线模块的总成本。出色地设计,可以让 PCB 印刷天线拥有与 SMD(表面贴装器件)陶瓷天线相似的性能。

一般而言,陶瓷 SMD 天线的封装尺寸小于 PCB 印刷天线的尺寸。对于 PCB 印刷天线解决方案,与天线所需空间相关的PCB 尺寸增加,这意味着无线模块更大,PCB 成本也随之增加。然而,PCB 解决方案通常比 SMD 陶瓷天线更便宜。

STM32WB 系列的演示和开发板根据本应用笔记实现 PCB 印刷天线。

本文档适用于基于 ARM®的 STM32WB 系列器件.

阻抗匹配

通过 π 拓扑的阻抗匹配电路,PCB 蛇形天线可调谐为所需的 50Ω 阻抗。阻抗匹配区域用虚线标记。在正常条件下,该天线的阻抗与所需标称阻抗(50Ω)非常接近。

下列更改会影响 PCB 天线的辐射阻抗:

板子尺寸小幅变动

金属屏蔽

使用塑料盖

天线附近存在其他元件

最优性能阻抗匹配电路可以补偿这些影响,从而在工作频率方面实现最优 50Ω 阻抗。

辐射方向图,2D 可视化

射方向图(最大的电场强度 E)用 0dB 等级表示。

为了详细显示天线的辐射方向图,提供了三个二维(2D)主切面。考虑球坐标系中模块方向。

一个三维(3D)远场辐射方向图通过一个 3D 模式可视化为三个二维(2D)切面。以下主要平面用于这些切面:

一个 X-Y 平面

两个垂直平面:X-Z 平面与 Y-Z 平面

下图中各图表的颜色如下:

X-Y 平面上绘制“蓝色”图,其中方位角 ϕ 从 0°开始沿 X 轴朝向 Y 轴,直到达到 X 轴方向的 360°。

X-Z 平面上绘制“红色”图,其中倾斜角 θ 从 0°开始沿

Z 轴朝向 X 轴正向,直到达到 Z 轴负向部分的 180°。在本图中(X-Z 平面切割)倾斜角 θ 为负值,因为X<0。

Y-Z 平面上绘制“绿色”图,其中倾斜角 θ 从 0°开始沿 Z 轴朝向 Y 轴正向,直到达到 Z 轴负向部分的180°。在本图中(Y-Z 平面切割)倾斜角 θ 为负值,因为 XY<0。

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