2.4 GHz是現(xiàn)代RF設(shè)計的最佳選擇，可以通過提及一些知名品牌來證明：藍牙，ZigBee，Wi-Fi和WLAN。人們還可以將細胞應(yīng)用投入混合物中。顯然，這種未經(jīng)許可的頻段允許各種手持式，移動式和固定式基站設(shè)計，這些設(shè)計可以點對點通信，也可以通過蜂窩或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)進行路由。但是，人氣帶來了技術(shù)問題。即使使用通道分段，一個標準的信號也可以踩到另一個標準信號并阻塞吞吐量。幸運的是，頻率分配，算法，時間切片和后退定時器等技術(shù)有助于讓每個人分享樂隊并一起玩得很好。即便如此，實現(xiàn)最佳性能和滿足可靠性目標需要卓越的天線設(shè)計，并密切關(guān)注相關(guān)組件，以保持一切諧振。更重要的是，無論是平衡還是單端，發(fā)射增益和接收靈敏度取決于天線的物理特性及其輻射方向圖。

本文將介紹2.4 GHz天線以及使其工作的耦合網(wǎng)絡(luò)。它研究了可在2.4 GHz ISM頻段工作的商用單芯片天線。它討論了與使用單芯片天線相關(guān)的天線類型，RF分布模式以及范圍和設(shè)計問題，而不是連接器安裝的外部天線或PCB天線。

信號路徑

使天線按需運行的關(guān)鍵是天線的信號路徑。雖然大多數(shù)RF芯片具有良好的輸出級，但仍可能需要匹配，濾波和分離，特別是如果單個天線用于多個通信標準。因此，典型的RF輸出級仍然必須連接到單端，平衡或雙工匹配網(wǎng)絡(luò)（圖1）。

圖1 ：雖然RF芯片具有很多功能，但與天線的匹配仍然是工程師的責(zé)任，并且根據(jù)所使用的天線類型以及它是否是共享RF級而不同。

例如，使用藍牙的應(yīng)用程序。您可以使用帶通或低通濾波器組合的單端輸出級將IC驅(qū)動器級布線和匹配到天線（圖2A）。更好的方法是通過平衡 - 不平衡轉(zhuǎn)換器和帶通濾波器使用平衡差分驅(qū)動器級（圖2B）。

圖2A：單個 - 結(jié)束連接可以利用較低成本的過濾器和匹配元素。

圖2B：平衡輸出級使用特定于芯片制造商部分的精確匹配的阻抗級。

幸運的是，有超過6家制造商可以提供數(shù)百種RF專用低通，帶通和高通濾波器以及RF專用平衡 - 不平衡轉(zhuǎn)換器和匹配陣列。這些可以有效地阻止和衰減來自蜂窩頻段和無線系統(tǒng)的頻率，并將阻抗匹配，干凈的信號傳遞到您正在使用的特定芯片的RF級。

對于密集設(shè)計，需要了解的部分是多層Taiyo Yuden FI212C245072-T和該系列中的類似零件。 Taiyo Yuden已經(jīng)找到了一種利用多層電感器更新其核心技術(shù)的方法，在單個封裝中開發(fā)出1.25 x 2 mm，組合平衡帶通濾波器和平衡 - 不平衡轉(zhuǎn)換器。典型值為50至100歐姆的阻抗值，但您應(yīng)注意，使用的部件可能特定于特定的RF芯片制造商。

最后一項很重要，因為IC制造商將竭盡全力描述其RF階段，這些特性因制造商而異。此外，請記住，檢查任何平衡 - 不平衡變壓器和濾波器的傳輸特性非常重要，尤其是在組合時。使用Taiyo Yuden零件，頻率圖是一種很好的開始方式（圖3），但如果偏離制造商建議的布局和處理，您將需要制作自己的特征響應(yīng)圖。

圖3：組合濾波器和平衡 - 不平衡轉(zhuǎn)換器的衰減和通帶特性可以在減少PCB占位面積的情況下提供良好的性能。在這種情況下，創(chuàng)建2.4到2.5 GHz的通帶。

芯片制造商和天線，濾波器和耦合器件制造商都是很好的設(shè)計資源。通常，應(yīng)用說明和參考設(shè)計將指定要使用的確切部件號。為了提供幫助，Taiyo Yuden提供兩個EMC仿真器：一個用于波形1，一個用于T/Pi濾波器。2

天線

現(xiàn)在您已經(jīng)將RF IC級與天線匹配，具有良好的濾波器和平衡 - 不平衡轉(zhuǎn)換器（如果用過的）?，F(xiàn)在是時候?qū)⒆⒁饬性谔炀€上了。

對于更高的成本和最大的發(fā)射功率和接收靈敏度，應(yīng)使用外部天線插孔和單元。對于大批量和成本敏感的設(shè)計，這通常不是可行的方法，特別是如果您可以使用PCB或單芯片單片天線。

PCB天線可以提供良好的發(fā)射增益和接收靈敏度。簡單的偶極子易于設(shè)計和布局為對應(yīng)于波長的分數(shù)或整數(shù)距離。只要PCB制造工藝的嚴格控制不會使堆疊阻抗變化，可靠且可重復(fù)的設(shè)計就可以利用PCB天線方法。

仍然需要將天線與其他電路隔離。這在電路板上占用了大量空間，其中RF接地平面和無人居住的區(qū)域被精確定位并與機柜中使用的機械外殼和材料協(xié)調(diào)。

雖然沒有達到與某些PCB天線相同的性能水平，但單芯片解決方案允許更小的占地面積，具有均勻一致的性能。以Johanson 2450AT18B100E無源50歐姆陶瓷表面貼裝芯片天線為例。這些部件采用低溫共燒陶瓷技術(shù)（LTCC），使其在拾取和放置機器中保持較小，同時提供接近全向輻射和線性極化。

高達3W的器件面向藍牙，無線LAN，ZigBee和WiMax應(yīng)用。對于駐波比規(guī)定小于2，這些部件以2.4到2.5 GHz頻段為中心（圖4）。

圖4：Johanson單芯片表面貼裝天線的特點是保持駐波比小于2，從而使信號更清晰，雜散和浪費更少。

類似的單芯片天線是TDK ANT040015CCS2442MA1，其中心頻率為2.442 GHz。雖然最大VSWR高于Johanson部分 - 最大3.5。 TDK提供PCB參考設(shè)計，帶有屏蔽饋電點，可遠離數(shù)字邏輯。與天線緊挨數(shù)字邏輯相比，這有助于提供良好的范圍（圖5）。

圖5：遵循制造商的指南和建議的PC板布局可以幫助快速確定性能基準。然后可以使用迭代設(shè)計技術(shù)將設(shè)計調(diào)整到最佳性能。

TDK ANT系列的尺寸從2.0 x 1.25 x 0.5 mm一直到9.8 x 3 x 4 mm。每個都有自己的特點和輻射模式。同樣，Taiyo Yuden AF和AH系列在數(shù)據(jù)表和參考材料中包含特定的部件號，用于感興趣的RF標準，包括藍牙，WiMax，GPS，ZigBee和WLAN等等。

有趣的技術(shù)需要注意的是Taiyo Yuden RadiEdge配置，其輻射圖案設(shè)計為從PC板的邊緣散發(fā)出來。 AH316M245001-T等部件專為2.4 GHz設(shè)計而設(shè)計，占地面積為3.2 x 1.6 x。5，保持區(qū)域為5 mm x 6 mm。值得注意的是，輻射方向圖也有些方向性，效率等級約為73％。此外，如果禁止區(qū)域正確完成，則RadiEdge布局可以使用雙向?qū)ΨQ圖案位于印刷電路板的中間。當PC板的外圍受到嚴格的空間限制并且可能具有多個連接器時，這可能是有用的。

總之，本文討論了與2.4 GHz天線和濾波器相關(guān)的設(shè)計考慮因素和部件選擇標準。它已經(jīng)展示了設(shè)備制造商如何提升板材以提供緊湊，精心設(shè)計的天線和天線匹配解決方案。遵循制造商的指導(dǎo)方針和建議的布局，至少可以使您的設(shè)計有一個良好的開端。