理论教育 天线设计-PCB天线、鞭状天线与Balun电路的应用实践

天线设计-PCB天线、鞭状天线与Balun电路的应用实践

时间:2023-10-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:主要的天线类型有如下3种:1)PCB天线,是直接画制于节点PCB上的天线,成本低,但设计难度大,TI公司提供了一个倒F形参考设计。鞭状天线是单端天线,只有一个接口,而CC2530是差分RF口输出,因此需要加上一个平衡到不平衡的转换电路,即Balun电路。图5-28 天线部分电路TI公司同时也给出了这个Balun电路的PCB参考设计,如图5-29所示。这是因为Bal-un电路直接连接天线,板级布线时距离较近,PCB的设计会直接影响无线通信的效果。

天线设计-PCB天线、鞭状天线与Balun电路的应用实践

主要的天线类型有如下3种:

1)PCB天线,是直接画制于节点PCB上的天线,成本低,但设计难度大,TI公司提供了一个倒F形参考设计。

2)贴片天线,是通过将金属层附在薄介质基片上形成的天线,体积小,但性能和成本中等。

3)鞭状天线,是长度为1/4或1/2波长的垂直杆状天线,性能好,体积与成本比前两种略大。

图5-28为天线部分电路图。考虑到无线监测系统对节点的大小、体积并不需要很严格的要求,同时监测系统可能需要应用于较恶劣的环境,因此本系统中选择性能最好的鞭状天线。鞭状天线是单端天线(TI公司所给的倒F形PCB天线参考设计也是单端天线),只有一个接口,而CC2530是差分RF口输出(共3条天线接口引脚),因此需要加上一个平衡到不平衡的转换电路,即Balun电路。

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图5-28 天线部分电路(www.daowen.com)

TI公司同时也给出了这个Balun电路的PCB参考设计,如图5-29所示。这是因为Bal-un电路直接连接天线,板级布线时距离较近,PCB的设计会直接影响无线通信的效果。为了保证性能,也采用此参考设计。

天线连接部分选用SMA接头。最后是表面铺铜地的设计,要保证射频信号的良好接地。

设定单信道发送,CC2530内部TXPOW-ER=0xD5(典型发射功率为+1dBm),测量出中心频点在2.401GHz时,功率为+19.21dBm。虽然受其他因素影响,此结果比预定的输出功率偏大,但是可以接受。结果证明,该系统中射频链路部分的传输较为理想,在实际电路中的反射和损耗控制在工程可接受范围之内。对应的接收链路,也可预测出其反射和损耗是可以接受的。

综上所述,根据实际应用要求,以CC2530模块为硬件基础,外加CC2591功放模块,基于ZigBee2007/Pro通信协议进行组网。研制无线传感器网络所需的路由器节点,对该节点的软硬件设计方法及流程图等,进行详细的说明。经测试,采用TI公司第二代片上系统CC2530设计,节点间的通信距离远大于第一代产品,通信更可靠。

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图5-29 Balun电路PCB参考设计

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