AppCAD计算天线信号线的特性阻抗
天线阻抗匹配 特性阻抗50欧姆
常见的射频同轴电缆绝大部分是５０Ω特性阻抗的，这是为什么呢？
通常认为导体的截面积越大损耗就越低，但事实并非完全如此。
同轴电缆的每单位长度的损耗是ｌｏｇＤ/ｄ的函数，也就是说和电缆的特性阻抗有关。
经过计算可以发现，当同轴电缆的特性阻抗为７７Ω时，单位长度的损耗最低。
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L4 G% y, F1 l6 t) E; Q0 W
对于同轴电缆的最大承受功率，通常认为内外导体的间距越大，则同轴电缆可承受电压越高，即承受功率越大，但实际上也不完全准确。
同轴电缆的最大承受功率同样与其特性阻抗有关。
可以计算出当同轴电缆的特性阻抗为３０Ω时，其承受的功率最大。
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为了兼顾最小的损耗和最大的功率容量，应该在７７Ω和３０Ω之间找一个适当的数值。
二者的算术平均值为５３．５Ω，而几何平均值为４８．０６Ω；选取５０Ω的特性阻抗可以做到二者兼顾。
此外，５０Ω阻抗的连接器也更加容易设计和加工。
绝大部分应用于通信领域的射频电缆的特性阻抗是５０Ω；在广播电视中则用到７５Ω的电缆。
大部分的测试仪器都是５０Ω的阻抗，如果要测量７５Ω阻抗的器件，可以通过一个５０～７５Ω的阻抗变换器来进行阻抗匹配，但是需要注意这种阻抗变换器有约５．７ｄＢ的插入损耗
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传输线阻抗计算
传输线阻抗计算（实用版）目录1.传输线阻抗的概念2.传输线阻抗的计算方法3.传输线阻抗的实际应用正文传输线阻抗计算是电子工程和通信领域中的一个重要概念。
在信号传输过程中，传输线的阻抗会对信号造成衰减和失真，因此计算传输线的阻抗是研究和设计通信系统的关键环节。
下面我们将详细介绍传输线阻抗的概念、计算方法和实际应用。
1.传输线阻抗的概念传输线阻抗是指传输线上电流和电压之间的比值。
在理想的传输线中，电流和电压是同相位的，阻抗为零。
然而，在实际传输线中，由于线路的电阻、电感和电容等因素，电流和电压之间会存在一定的相位差，这时传输线的阻抗就不为零。
阻抗的大小和相位差反映了传输线的损耗特性和传输质量。
2.传输线阻抗的计算方法传输线阻抗的计算方法有多种，其中最常用的是基于电路模型的方法。
该方法将传输线分解为一个电阻 R、一个电感 L 和一个电容 C 的并联电路。
在这个电路中，电阻 R 代表了传输线的直流电阻，电感 L 代表了传输线的感性特性，电容 C 代表了传输线的容性特性。
根据这个并联电路，可以得到传输线的阻抗公式：Z = R + j(ωL - 1/ωC)其中，Z 表示传输线的阻抗，R 表示传输线的直流电阻，ω表示信号的角频率，L 表示传输线的电感，C 表示传输线的电容。
3.传输线阻抗的实际应用传输线阻抗的计算在实际应用中有很多重要作用，例如：（1）在通信系统设计中，需要根据传输线的阻抗特性来选择合适的信号调制方式和信号传输速率，以保证信号的传输质量和系统的稳定性。
（2）在射频电路设计中，需要根据传输线的阻抗特性来选择合适的滤波器和放大器，以减小信号的衰减和失真。
（3）在信号处理和分析中，通过计算传输线的阻抗特性，可以分析信号在传输过程中的衰减和失真特性，为信号处理和分析提供依据。
总之，传输线阻抗计算是通信和电子工程领域的一个重要概念。
已知传输线的特征阻抗计算信号反射系数
众所周知，传输线的特征阻抗在信号传输过程中起着至关重要的作用。
特征阻抗的准确计算对于减少信号的反射且保持信号的完整性至关重要。
本文将从深度和广度的角度出发，全面评估已知传输线的特征阻抗计算信号反射系数的相关内容，并据此撰写一篇有价值的文章，以帮助读者更加全面、深刻地理解这一主题。
1. 信号传输中的特征阻抗传输线的特征阻抗是指单位长度传输线上的电压和电流的关系。
在传输线的理论中，特征阻抗是一个非常基本的参数，它直接关系到信号的传输质量。
2. 计算特征阻抗的方法已知传输线的几何参数和材料参数，我们可以通过一定的计算方法来求得传输线的特征阻抗。
常见的计算方法包括等效电路法、有限元法等。
这些方法可以帮助我们准确地计算出传输线的特征阻抗，为信号的传输提供基础支持。
3. 信号反射系数的概念信号反射系数是指信号在传输线中遇到阻抗不匹配时发生反射的现象。
传输线的特征阻抗对于信号的反射系数有着直接的影响。
了解信号反射系数的概念可以帮助我们更好地理解信号传输中的反射问题。
4. 已知传输线的特征阻抗计算信号反射系数的重要性在实际的信号传输过程中，传输线的特征阻抗对于减少信号的反射起着非常重要的作用。
了解已知传输线的特征阻抗计算信号反射系数的方法，可以帮助我们更好地理解和应对信号传输中的反射问题。
5. 个人观点和理解在我看来，已知传输线的特征阻抗计算信号反射系数的过程并不是一件简单的事情，需要结合传输线的特性、信号的频率、波长等多方面因素进行综合考虑。
在实际工程中，我们需要根据具体情况选择合适的方法和工具来进行计算，以确保信号传输的稳定和可靠。
总结和回顾通过本文的全面评估，我们可以更好地理解已知传输线的特征阻抗计算信号反射系数的相关内容。
了解特征阻抗的计算方法和信号反射系数的影响，可以帮助我们更好地设计和优化信号传输系统，提高系统的性能和稳定性。
文章内容结构完整，包括对传输线特征阻抗与信号反射系数的定义和重要性、计算方法的总结，以及个人观点和理解等。
如何来测微带线的特性阻抗
如何来测微带线的特性阻抗
DBTEL RF TEAM
JIM JIN
我们在Layout时经常会用APPCAD去计算高频线的特性阻抗是多少。
但是板子送出去之后，洗完回来，微带线或带状线的特性阻抗到底是多少，不得而知，我们也没有谁去测试过，此传输线的特性阻抗到底是偏的比较大还是比较可信。
我们如何利用现有仪器去测传输线的特性阻抗呢？
我现用ADS2002来模拟一下，请见图
图一
图二
图三
图四
已知一传输线为任意长度，且阻抗未知时。
一端接50Ohm阻抗（实际可以接任意阻抗，详细请自己研究），一端接矢量网络分析仪，浏览它的Smith chart图发现当传输足够长时，会在上面绕数圈，每一圈为一个二分之一的波长。
图一，传输线特性阻抗为40O hm时，查图二，得Maker1与Maker2分别为50Ohm和32Ohm，可以得知其圆心为41Ohm。
图三，传输线特性阻抗为60O hm时，查图四，得Maker1与Maker2分别为50Ohm和72Ohm，可以得知其圆心为61Ohm。
由上得知其特性阻抗近似于它的圆心。
下面在做逼近，把Z L＝50Ohm改为41Ohm或接近其阻抗，
如图五，之后模拟后见图六
图五
图六
可以得知Maker1与Maker2分别为41O hm与39Ohm，它的圆心为40Ohm。
结论：传输线的特性阻抗只要测其S11，无论它的负载（ZL）大小如何，它的圆心就是它的特性阻抗。
基于HFSS的天线设计流程..
天线设计流程：1.确定设计目标2.查阅资料，确定形状，给出结构图（变量形式）3.仿真建模、求解4.优化设计，确定变量值5.版图，加工，测试设计目标：设计并实现一款超宽带天线，天线馈电方式采用50Ohm微带线进行馈电，天线在3.1-10.6GHz频段范围内满足S11<-10dB，天线辐射方向图为全向。
天线介质基板采用选用介质板FR-4，其相对介电常数为4.4，厚度为h=0.8mm。
基于HFSS13.0的超宽带天线设计实例：的超宽带天线设计实例：一、一、 建立工程建立工程菜单Project->Insert HFSS Design 二、二、 设置求解模式设置求解模式菜单HFSS->Solution Type->天线为Driven Modal 三、三、 天线模型建立天线模型建立 1、 设置模型尺寸长度单位设置模型尺寸长度单位菜单Modeler->Units->mm->OK 单位一般设置为毫米mm。
2、天线模型结构天线模型结构本例天线采用的模型如图1所示，其详细结构尺寸见表1. 超宽带平面天线结构图图1 超宽带平面天线结构图初步设计的超宽带平面天线尺寸表1 初步设计的超宽带平面天线尺寸w=16mm l=32mm h=0.8mm wd=1.5mm l1=12mm h1=11mm w1=3mm h2=20mm h3=4mm 微带线阻抗验证：1)、采用Agilent AppCAD计算计算2、采用LineCalc计算工具（ADS中的工具）中的工具）、输入设计参量菜单Project->Project Variables或者HFSS->Design Properties 点击Add，输入w=16mm变量，详见下图变量，详见下图中全部变量，最终如下图4、建立模型、建立模型（1）创建介质板FR4 （a）在菜单栏中点击Draw>Box，在模型窗口任意创建Box1 （b）双击模型窗口左侧的Box1，改名为Substrate，在点击Material后面的按钮，选择Edit，搜索FR4，选择FR4_epoxy点击确定。
芯片天线(馈线尺寸)
片式天线应用指导1. 介绍被誉为“驱动新经济的引擎”的蓝牙技术，其英文名为Bluetooth ，是1998年5月由爱立信、IBM 、英特尔、诺基亚、东芝等5家公司联合制订的近距离无线通信技术标准，其目的在于实现最高数据传输速率为1Mb/s(有效传输速率为721kb/s)、最大传输距离为10m 的无线通信。
1999年7月，蓝牙特别利益集团（SIG ）已公布蓝牙正式规范1.0版本。
蓝牙技术采用公开技术标准，一经推出就获得业界的广泛认同，现已出现了基于此标准的产品。
目前，蓝牙技术已经成为短距离无线通信数据领域的最热门研发方向，已有超过2000家的企业宣布支持和开发蓝牙技术及其相关产品。
蓝牙提供低成本、低功耗的无线接入方式，在信息家电、移动通信、嵌入式应用开发等诸多方面的应用，顺应了现代通信技术和应用的发展潮流，其前景将无可限量。
深圳南玻电子有限公司片式天线系列基于LTCC 封装技术，体积小，重量轻;在信号的接收和传输（包括输入和输出信号的分离）方面发挥各种功能。
广泛应用于无绳电话、无线网卡、蓝牙适配器蓝牙耳机、胎压监测系统、无线音箱、内置蓝牙功能的MP3和手机等。
包括如下种类： * 以上数据在评估板上测试所得。
Part No. 尺寸 (mm) 中心频率 (GHz)带宽 （MHz ）增益 （max.dBi ）SLDA31 3.2×1.6×1.0 2.80 100 0.5 SLDA52 5.0×2.0×1.0 2.54 200 2.5 SLDA72 7.2×2.0×1.0 2.47 150 2.7 SLDA92 9.0×2.0×1.0 2.66 300 3.0 SLDA16316×3.0×2.00.433 15 3.55020 7220Fig 1 天线尺寸（单位：mm）及测试结果2、推荐使用位置\外界环境1) 天线布局指导天线顶端焊盘应放到PCB板的边缘。
信号传输线及其特性阻抗
信号传输线及其特性阻抗林金堵随着电子产品小型化、数字化、高频化和多功能化等的快速发展与进步，作为电子产品中电气的互连件—PCB中的导线的作用，已不仅只是电流流通与否的问题，而且是作为“传输线”的作用。
也就是说，对于高频信号或高速数字信号的传输用的PCB之电气测试，不仅要测试线路的“通”、“断”、“短路”等是否合乎要求，而且还要其“特性阻抗值”是否合乎要求，只有这两方面都“合格”了，PCB才符合允收性。
1 信号传输线的提出1.1 信号传输线的定义这是为了区别常规导线而提出的名称。
按IPC-2141的3.4.4条的定义：“当信号在PCB 导线中传输时，若导线的长度接近信号波长的1/7，此时的导线便成为信号传输线”了。
有的文献认为，导线的长度接近波长的1/10时，应按信号传输线处理。
显然，后者更严格（显得‘过分’），但大多数人认定为前者。
大家知道，电流通过导体时，会受到一个“阻力”，在直流电中是电阻，符合欧姆定律。
即：R=V/I在交流电中的“阻力”是由“电阻”、“感抗”和“容抗”的综合结果，即：Z=〔R2+（X L-X C）2〕1/21.2信号传输线的判断元件有很高频率信号传输，但经过导线传输后，频率下降（时间延迟）了，导线越长，时间延长越厉害，当导线的长度接近于波长时，或信号速度（频率）提高到某一范围时，传输的信号便会出现明显的“失真”。
⑴高频信号的传输。
假设：（一）元件的信号传输频率f=10MH Z，导线L=50cm,则C=f*λλ= C/fλ/L= C/f*L=60属于常规导线。
（二）元件的信号传输频率f=1GH Z，导线的长度L=10cm,则λ/L= C/f*L=3不属于常规导线，应进行特性阻抗值控制的传输线。
⑵脉冲信号的传输。
在数字电路中从“0”到“1”的上升时间t r是很短的.但可用下面公式来计算频率f max：f max=0.35/t r假设：元件的上升时间t r是=2ns，则f max=0.35/t r=175 MH ZL= C/ f max*7=24.5 cm当导线长度≥24.5 cm时，应作为信号传输线处理。
传输线阻抗计算
传输线阻抗计算传输线阻抗计算是电气工程中非常重要的一项技术，它在通信、电力传输和电子设备设计等领域都有广泛应用。
在这篇文章中，我们将详细介绍传输线阻抗的概念、计算方法和应用。
首先，我们来了解一下传输线的基本概念。
传输线是用于将信号从一个地方传输到另一个地方的导线或导体系统。
它可以是电力线路、电缆、微带线或光纤等不同的实现方式。
传输线的阻抗决定了信号在传输过程中的匹配程度，对于信号的传递和反射起到至关重要的作用。
传输线阻抗的计算可以通过不同的方法来实现，下面我们将介绍两种常用的计算方法：传输线理论和传输线模型。
传输线理论是一种基于电磁场理论的计算方法，它通过分析传输线中的电磁波传播来计算阻抗。
这种方法适用于复杂的传输线结构，如微带线和光纤。
传输线理论可以根据传输线的物理参数和频率来计算阻抗，具有较高的精确度。
传输线模型是一种简化的计算方法，它通过将传输线抽象为电路模型来计算阻抗。
这种方法适用于简单的传输线结构，如平衡线和同轴电缆。
传输线模型将传输线抽象为电感和电容的组合，通过参数的计算来得到阻抗。
在实际应用中，我们可以根据不同的需求选择适合的计算方法。
如果需要较高的精确度和更复杂的传输线结构，可以使用传输线理论进行计算；如果需要简化计算和实现较简单的传输线结构，可以使用传输线模型进行计算。
除了计算方法，了解传输线阻抗的应用也非常重要。
传输线阻抗的匹配是信号传递和反射的关键。
在通信领域，传输线阻抗的匹配可以减少信号功率的损失和串扰，提高信号质量和传输速率。
在电力传输领域，传输线阻抗的匹配可以提高能量传输的效率和稳定性。
在电子设备设计中，传输线阻抗的匹配可以减少信号的反射和干扰，提高设备性能和稳定性。
综上所述，传输线阻抗的计算是电气工程中不可或缺的技术。
我们可以根据不同的需求选择适合的计算方法，并将传输线阻抗的匹配应用于通信、电力传输和电子设备设计等领域，以提高系统的性能和稳定性。
通过深入研究和应用传输线阻抗计算，我们可以更好地理解和应用电磁场理论，为电气工程的发展做出贡献。
GPS、北斗二双模接收机模块MXTOS2使用说明
MXTOS2 -200使用说明北京时代民芯科技有限公司中国，北京版本：v 1.4联系方式：赵景宁------67968115---7143 李文杰------67968115---71961概述MXTOS2-200模块是北京时代民芯科技有限公司开发的GPS、BD-2双模兼容接收机模块，采用了自主研制的卫星信号处理芯片。
能够提供高精度的载体三维位置、速度、时间信息以及原始观测数据等。
MXTOS2-200将射频前端、基带处理、定位软件高度集成，具有低功耗、小体积、高可靠、高性能等特点，可实现GPS/ BD-2单模、双模灵活定位模式。
MXTOS2-200从天线输入到串行输出的整个信号处理链包含在一个单独的模块当中。
MXTOS2-200的小尺寸使得其在有严格空间要求的应用中成为理想选择。
封装形式使得射频输入直接在一个引脚上，可避免使用昂贵的射频电缆。
贴片封装可软焊，节省空间同时提高可靠性。
1.1主要技术指标：1.2模块结构MXTOS2-200卫星导航接收机模块分为两部分：射频部分和基带部分。
MXTOS2-200结构如图1所示。
图 1 MXTOS2-200结构图1.3引脚说明2设计指南为了使模块工作在最好性能，在设计中有以下要点需要注意：●电源管理干净而稳定的电源是MXTOS2-200模块工作良好的前提。
●接口保证所有管脚正确连接，保证模块串口波特率和主机设置一致。
●天线保证天线馈电正确，并用50欧姆微带线连接到模块RFin。
2.1电源管理MXTOS2-200模块有三个电源引脚，分别是VCCRF、VCC3.3、ANTVCC。
VCCRF和VCC3.3为模块的主电源，VCCRF为模块射频前端提供电源，对电流的要求为不小于150mA。
射频前端是接收机的最敏感的部分，所以输入的电压应当没有噪声。
要求纹波越小越好，通常要小于50mV。
建议选用单独的LDO为射频供电，并最好选用专门为RF应用设计的LDO。
VCC3.3为基带部分供电，同样需要干净而稳定的电源，最小电流不能小于300mA。
信号完整性基础：瞬态阻抗与特性阻抗图解
信号完整性基础：瞬态阻抗与特性阻抗图解阻抗的均匀稳定，对信号的传输至关重要，所以，本文聊一聊阻抗。
1.瞬态阻抗当信号在传输线上传播时，信号感受到的瞬态阻抗与单位长度电容和材料的介电常数有关，可表示为：这个公式的推导过程如而电流的推导可以由以下式子求得：如果PCB上线条的厚度和宽度不变，并且走线和返回平面间距离不变，那么信号感受到的瞬态阻抗就不变，传输线是均匀的。
对于均匀传输线，恒定的瞬态阻抗说明了传输线的特性，称为特性阻抗2. 特性阻抗对于均匀传输线，当信号在上面传播时，在任何一处受到的瞬态阻抗都是相同的。
在瞬态阻抗不变时，我们将其称为特性阻抗。
传输线的特性阻抗Z0定义为线上任意点的电压和电流的比值，即Z0=V/I. 由电报方程可以推导出阻抗的经典计算公式：如果PCB上线条的厚度增大或者宽度增加，单位长度电容增加，特性阻抗就变小。
同样，走线和返回平面间距离减小，电容增大，特性阻抗也减小。
其中，R、L、G、C分别表示单位长度的电阻、电感、电导和电容。
通常，因为R和G都比其他项要小得多而忽略不计，特征阻抗近似为重要推导之一：50 欧姆阻抗的计算由来由特性阻抗的公式，可以看出只要传输线的横截面和材料特性这两个参数保持不变，信号受到的瞬态阻抗就是一个常数。
由于信号的的速度取决于材料特性，所以，可以得出传输线单位长度电容和瞬态阻抗的关系。
例如，若介电常数为4，单位长度电容为3.3pf/in，则传输线的瞬态阻抗为，重要推导之二：自由空间的特性阻抗一个很重要的特性阻抗就是自由空间的特性阻抗，也叫自由空间的波阻抗，在EMC中非常重要。
自由空间特性阻抗为。
重要推导之三：单位长度电容与单位长度电感FR4板材的PCB板上，特性阻抗传输线另一个特性是：单位长度电容=3.3pF/in单位长度电感=8.3nH/i解这些特殊的特性阻抗，对于设计电路板有重要的参考意义，能让我们在制作电路前有个直觉的认识。
来源：面包板博客/启芯。
叠层片式天线应用指南
叠层片式天线应用指南 MULTILAYER CHIP ANTENNA APPLICATION GUIDE1.介绍片式天线系列可用于ISM 频段2.4GHz 如蓝牙、家庭网络无线射频，及CMMB 等。
它们具有结构紧密、重量轻、嵌入式应用、合适的增益及带宽、全方位和低损耗等特点。
同时，它们可以进行通用的SMT 贴装。
众所周知，小尺寸的片式天线对于应用环境非常敏感，如K 值、FR4板的厚度等。
因此它们需要合适的由电感和电容组成的匹配电路，从而保证在一个良好的状态下工作。
这就意味着需要在最终产品方案上进行天线的匹配以获得最好的性能。
产品规格书上的性能(如下表)是在我司的测试板上测量的。
调整后，天线的中心频率会下降到2.45GHz 或CMMB 频段。
我们可以提供不同种类的天线，它们具有不同的尺寸及中心频率，因此客户可以根据自己产品基板的情况选择最合适的一款。
2.匹配电路和元件片式天线可以与成品的环境进行匹配，通常这个步骤需要用到以下的电容和电感。
*串联：用串联方式接入天线和反馈线间； *并联：用并联方式接入天线和反馈线间。
客户需要在放置天线前设置好π型电路，然后可以灵活地选择以下的电路类型。
型号尺寸 (mm)谐振频率 (GHz)带宽 (MHz) 平均增益 (dBi) 增益 (dBi) SLDA31 3.2×1.6×1.0 2.80 100 -0.5 0.5 SLDA52 5.0×2.0×1.0 2.54 200 0.5 2.5 SLDA62 6.0×2.0×1.0 2.64 200 0.7 2.7 SLDA72 7.2×2.0×1.0 2.47 250 0.8 2.7 SLDA81 8.0×1.0×1.0 3.01 200 0.5 2.0 SLDA92 9.0×2.0×1.0 2.66 300 1.0 3.0SLDA35050 35.0×5.0×1.00.6550--2.0 dBi@710 MHz -7.0 dBi@474 MHz元件 描述 数值*Series C 0.5 ~ 10 pF Capacitor*Shunt C 0.5 ~ 10 pF Series L 1.0 ~ 10 nH InductorShunt L1.0 ~ 10 nH叠层片式天线应用指南 MULTILAYER CHIP ANTENNA APPLICATION GUIDE布局举例：1# 2# 3＃如果PCB 板有足够的空够，建议使用布局1。
用CadencePCBSI分析特性阻抗变化因素doc-(2021修订版)(2021整理)
1、概要在进行PCB SI的设计时，理解特性阻抗是非常重要的。
这次，我们对特性阻抗进行根底说明之外，还说明Allegro的阻抗计算原理以及各参数和阻抗的关系。
2、什么是特性阻抗？2.1、传送线路的电路特性在高频率(MHz)信号中，把传送回路作为电路。
、电阻R电阻R是指普通的导线带有的欧姆电阻。
R = ρ・L / S[Ω] (S:横截面面积[m2]，L:导体长[m]，ρ:金属〔铜〕的电阻率[Ω*m])。
在高频频域范围内的话，根据外表效果和集合效果的影响，集中在导体外表电流流动，会使上面公式中的阻值变得更大。
2.1.2、电容C电容C是指积蓄在导体间电荷的量。
C = ε〔S / d〕[F]〔ε:介电常数，S:导体的横截面积，d:导体间的距离)2.1.3、电感L电流流动的导线必定有磁通量发生，根据这个产生的自感。
L=0.002S[2.3lg(2s/w+t)+0.5][μH]S:导线长度(cm) W:导线宽度(cm) t:导线厚度(cm)2.1.4、电导G物体传导电流的本领叫做电导。
对导体间的介电特性的对抗成分，表示容易电流的程度。
G = 1 / R2.2、阻抗和特性阻抗的不同？阻抗表示电路局部对交变电信号流通产生的阻力，是传输线上输入电压对输入电流的比率值Z = V(x)/ I(x)特性阻抗特征阻抗是指信号沿传输线传播时，信号看到的瞬间阻抗的值。
简单地讲，无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗。
Z0 = √( (R + jωL) / (G + jωC) ) ≒√(L / C)(R<<ωL，G<<ωC)3、Allegro的特性阻抗计算原理3.1、在Layout Cross Section中阻抗计算PCB SI菜单的Setup >Cross-section<单线的特性阻抗计算方法>1、设定层结构和材料物质。
2、Width栏输入线宽的话，在Impedance栏会计算出特性阻抗。
信号线特征阻抗详解与设计规范
信号线特征阻抗详解与设计规范对于高速PCB的设计,工程师们所关注的是受控阻抗的电路设计以及相关线路的阻抗特征等问题,但是,这对于专注于Layout的工程师来说,这是一个非常不直观的问题,同样许多经验不多的电子工程师也对此感到非常困惑.现在我们来介绍一下特征阻抗的最基本的知识,以及在实际布线中应当注意的问题对于传输线:两个具有一定长度的导体就构成传输线。
其中的一个导体成为信号传播的通道，而另外的一个导体则构成信号的返回通路（在这里我们提到信号的返回通路，实际上就是大家通常理解的地，但是为了叙述的方便，暂且忘掉地这一概念。
）。
在一个多层的电路板设计中，每一个PCB互联线都构成传输线中的一个导体，该传输线都将临近的参考平面作为传输线的的第二个导体或者叫做信号的返回通路。
什么样的PCB互联线是一个好的传输线呢？通常如果在同一个PCB互联线上特征阻抗处处保持一致，这样的传输线就成为高质量的传输线。
什么样的电路板叫做受控阻抗的电路板？受控阻抗的电路板是指PCB板上所有传输线的特征阻抗符合统一的目标规范，通常是指所有传输线的特征阻抗的值在25Ω到70Ω之间。
从信号的角度来考察考虑特征阻抗最行之有效的办法是考察信号沿着传输线传播时信号本身看到了什么。
为简化问题的讨论起见，假定传输线为微波传输带（microstrip）类型，并且信号沿传输线传播时传输线各处的横断面保持一致。
给该传输线加入幅度为1V的阶跃信号。
阶跃信号是一个1V的电池，由前端接入，分别连接在信号线和返回通路之间。
在接通电池的瞬间，信号电压波形将以光速在电介质中行进，速度通常约为6英寸/ns（信号为什么行进如此快速，而不是接近电子传播的速度大约1cm/s，这是另外一个话题，这里不做进一步介绍）。
当然在这里信号仍然具有常规的定义，信号定义为信号线与返回通路上的电压差，总是通过测量传输线上任何一点与之临近的信号返回通路之间的电压差值来获得。
信号沿传输线方向以6英寸/ns的速度向前传输。
RF Layout原则(精华)
1请说明RF Layout原则<1>RF布局的原则：元器件布局是实现一个优秀RF设计的关键，最有效的技术是首先固定位于RF路径上的元器件，并调整其朝向以将RF路径的长度减到最小，使输入远离输出，并尽可能远地分离高功率电路和低功率电路。
最有效的电路板堆叠方法是将主接地面(主地)安排在表层下的第二层，并尽可能将RF线走在表层上。
将RF路径上的过孔尺寸减到最小不仅可以减少路径电感，而且还可以减少主地上的虚焊点，并可减少RF能量泄漏到层叠板内其他区域的机会。
A尽可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔离开来，就是让高功率RF发射电路远离低功率RF接收电路。
通常可以将低噪音放大器电路放在PCB板的某一面，而高功率放大器放在另一面。
B确保PCB板上高功率区至少有一整块地，最好上面没有过孔，当然，铜皮越多越好。
C芯片和电源去耦同样也极为重要。
D RF输出通常需要远离RF输入。
E敏感的模拟信号应该尽可能远离高速数字信号和RF信号。
<2>RF走线的原则：避免走线的直拐角，尽可能走弧线或45度走线，以防止阻抗不连续。
应使RF线路远离模拟线路和一些很关键的数字信号，所有的RF走线、焊盘和元件周围应尽可能多填接地铜皮，并尽可能与主地相连。
RF与IF走线应尽可能走十字交叉，并尽可能在它们之间隔一块地。
确保直通过孔不会把RF能量从板的一面传递到另一面，常用的技术是在两面都使用盲孔。
可以将直通过孔安排在PCB板两面都不受RF干扰的区域来将直通过孔的不利影响减到最小。
金属屏蔽罩将射频能量屏蔽在RF区域内，进入金属屏蔽罩的数字信号线应该尽可能走内层，而且最好走线层的下面一层PCB是地层。
电感不要并行靠在一起，因为这将形成一个空芯变压器并相互感应产生干扰信号，因此它们之间的距离至少要相当于其中一个器件的高度，或者成直角排列以将其互感减到最小。
芯片和电源的去耦非常重要。
许多集成了线性线路的RF芯片对电源的噪音非常敏感，通常每个芯片都需要采用高达四个电容和一个隔离电感来确保滤除所有的电源噪音。
关于天线传输馈线的基本知识
关于天线传输馈线的基本知识1、传输线的特性阻抗无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗，用Ｚ0 表示。
同轴电缆的特性阻抗的计算公式为：Ｚ0＝〔60/√εr〕×Log ( D/d ) [ 欧]式中：D 为同轴电缆外导体铜网内径；d 为同轴电缆芯线外径；εr为导体间绝缘介质的相对介电常数。
通常Ｚ0 = 50 欧，也有Ｚ0 = 75 欧的。
由公式不难看出，馈线特性阻抗只与导体直径D和d以及导体间介质的介电常数εr有关，而与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗无关.2、馈线的衰减系数信号在馈线里传输，除有导体的电阻性损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。
这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。
因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。
单位长度产生的损耗的大小用衰减系数β 表示，其单位为dB / m （分贝／米），电缆技术说明书上的单位大都用dB / 100 m（分贝／百米）。
设输入到馈线的功率为Ｐ1 ，从长度为L（m ）的馈线输出的功率为Ｐ2 ，传输损耗TL可表示为：TL ＝10 ×Lg ( Ｐ1 /Ｐ2 ) ( dB )衰减系数为：β ＝TL / L ( dB / m )例如，NOKIA 7 / 8英寸低耗电缆，900MHz 时衰减系数为β ＝4.1 dB / 100 m ，也可写成β ＝3 dB / 73 m ，也就是说，频率为900MHz 的信号功率，每经过73 m 长的这种电缆时，功率要少一半。
而普通的非低耗电缆，例如，SYV-9-50-1，900MHz 时衰减系数为β ＝20.1 dB / 100 m ，也可写成β＝ 3 dB / 15 m ，也就是说，频率为900MHz 的信号功率，每经过15 m 长的这种电缆时，功率就要少一半。
3、匹配概念什么叫匹配？简单地说，馈线终端所接负载阻抗ＺL 等于馈线特性阻抗Ｚ0 时，称为馈线终端是匹配连接的。
匹配时，馈线上只存在传向终端负载的入射波，而没有由终端负载产生的反射波，因此，当天线作为终端负载时，匹配能保证天线取得全部信号功率。
天线阻抗计算
得到
Im R0 Rr I0
2
代入
I 0 I m sin l
Rr 有 R0 sin 2 l
假设天线无耗,输入功率等于辐射功率,则以输入端电流为参考 点的辐射电阻就等于它的输入电阻.
对半波振子，显然有 Rin Rr 73.1 。当振子长度为波长的整 数倍，即 l n , n 1,2,3 时， I in 0, Rin ，即输入电流为 零，输入电阻为无穷大。这显然是不合理的。事实上对于全波 振子等，其输入电流并非为零，只是一个相对较小的值，输入 电阻并非无穷大，而是一个相对很大的值。
(1)传输线是非辐射系统，线上损耗为导体的欧姆损耗。而 对称振子天线是辐射系统，电流从输入端到末端，其间的每 一点都将产生能量辐射，可用单位长度上的能量损耗来表示 传输线的分布电阻R1。 (2) 均匀双线传输线的两线距离恒定，其分布参数是均 匀的。而对称振子天线的两臂上对称点之间的距离是变 化的，见图其分布参数是非均匀的。对称振子天线的输 入阻抗仍然可用式(**)计算，但必须修改参数Z、α和 β。
第二章
天线的阻抗
本章的主要目的是要求天线的输入阻抗，它是天线的重要 参数之一。因为知道天线的输入阻抗之后，就可以选择合 适的馈电传输线与之匹配。 线形天线的输入阻抗与天线的长短,形状,馈电点的位置,采 用的波长以及周围的环境等等因素有关. 要严格计算天线的输入阻抗是困难的。工程上常采用一些 近似方法。主要有三种方法，即坡印亭矢量法、等值传输 线法和感应电势法。
代入有
Pr
其中
0
1
2
0
E 2 r 2 sin d d
(1.17)
表征天线性能的主要参数有方向图(精)
表征天线性能的主要参数有方向图，增益，输入阻抗，驻波比，极化方式等。
1.1 天线的输入阻抗天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。
天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。
天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。
匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。
在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。
一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。
驻波比：它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。
驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。
在移动通信系统中，一般要求驻波比小于 1.5，但实际应用中VSWR应小于1.2。
过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的服务性能。
回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。
回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。
0表示全反射，无穷大表示完全匹配。
在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dB。
1.2 天线的极化方式所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。
当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。
由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。
因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。
另外，随着新技术的发展，最近又出现了一种双极化天线。
就其设计思路而言，一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是±45°极化方式。
4.天线的阻抗
λ / 4 时(半 λ / 2 时(全波
波振子)，输入电抗为零，对称振子就如一个串联谐振电路。此时 振子)，振子相当于一个并联谐振电路，输入电抗为零，输入电阻为最大值，此
′2 Z0 Z in = Rin = Rr
(2.18)
半波和全波振子的输入阻抗都是纯电阻，易于和馈线匹配。但是与全波振子 相比，在半波振子长度附近其阻抗曲线要平缓的多，工作频带要宽的多。因此，
2 Im Rr = ∫ I 2 ( z ) R1′dz 0 l
(2.12)
设 R1′ 沿 线 不 变 ， 即 等 效 辐 射 损 耗 均 匀 地 分 布 于 振 子 臂 上 ， 并 代 入 I ( z ) = I m sin β (l − | z |) 后积分，得
R1′ =
2 Rr sin(2 β l ) l [1 − ] 2β l R1′ Rr = sin(2 β l ) ′ 2Z 0 ′l [1 − ] Z0 2β l
4、对称振子的输入阻抗 Z in
由式(2.1)、(2.9)、(2.14)可得对称振子的输入阻抗
′ (1 − j Z in = Z 0
α′ ) coth[( jβ + α ′)l ] β
(2.15)
76
《天线原理与设计》讲稿
王建
=
′ α′ α′ Z0 {[sinh(2α ′l ) − sin(2 β l )] − j[ sinh(2α ′l ) + sin(2 β l )]} β β cosh(2α ′l ) − cos(2 β l )
γ = jω L1C1 (1 − j
R1 ) = α + jβ 2ω L1
(2.3b)
R1 C1 R = 1 α = 2 L1 2 Z 0 β = ω L1C1
叠层片式天线 说明书
叠层片式天线应用指南 MULTILAYER CHIP ANTENNA APPLICATION GUIDE1.介绍片式天线系列可用于ISM 频段2.4GHz 如蓝牙、家庭网络无线射频，及CMMB 等。
它们具有结构紧密、重量轻、嵌入式应用、合适的增益及带宽、全方位和低损耗等特点。
同时，它们可以进行通用的SMT 贴装。
众所周知，小尺寸的片式天线对于应用环境非常敏感，如K 值、FR4板的厚度等。
因此它们需要合适的由电感和电容组成的匹配电路，从而保证在一个良好的状态下工作。
这就意味着需要在最终产品方案上进行天线的匹配以获得最好的性能。
产品规格书上的性能(如下表)是在我司的测试板上测量的。
调整后，天线的中心频率会下降到2.45GHz 或CMMB 频段。
我们可以提供不同种类的天线，它们具有不同的尺寸及中心频率，因此客户可以根据自己产品基板的情况选择最合适的一款。
2.匹配电路和元件片式天线可以与成品的环境进行匹配，通常这个步骤需要用到以下的电容和电感。
*串联：用串联方式接入天线和反馈线间； *并联：用并联方式接入天线和反馈线间。
客户需要在放置天线前设置好π型电路，然后可以灵活地选择以下的电路类型。
型号尺寸 (mm)谐振频率 (GHz)带宽 (MHz) 平均增益 (dBi) 增益 (dBi) SLDA31 3.2×1.6×1.0 2.80 100 -0.5 0.5 SLDA52 5.0×2.0×1.0 2.54 200 0.5 2.5 SLDA62 6.0×2.0×1.0 2.64 200 0.7 2.7 SLDA72 7.2×2.0×1.0 2.47 250 0.8 2.7 SLDA81 8.0×1.0×1.0 3.01 200 0.5 2.0 SLDA92 9.0×2.0×1.0 2.66 300 1.0 3.0SLDA35050 35.0×5.0×1.00.6550--2.0 dBi@710 MHz -7.0 dBi@474 MHz元件 描述 数值*Series C 0.5 ~ 10 pF Capacitor*Shunt C 0.5 ~ 10 pF Series L 1.0 ~ 10 nH InductorShunt L1.0 ~ 10 nH叠层片式天线应用指南 MULTILAYER CHIP ANTENNA APPLICATION GUIDE布局举例：1# 2# 3＃如果PCB 板有足够的空够，建议使用布局1。
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AppCAD计算天线信号线的特性阻抗
GPS接收机设计时，天线信号线的特性阻抗要求在50欧姆，以实现与天线的阻抗匹配，若人工去计算，计算较繁琐，较容易出错，所以有很我公司推出了计算高频设计时计算特性阻抗等参数的软件。
AppCAD 简单易用，是一款独特的射频设计工具软件，适合很多的射频、微波和无线设计应用中的工程计算，计算简单快速。
AppCAD 可用于很多使用分立的晶体片、二极管到硅和GaAs集成电路等电路、信号和系统的计算和设计。
而软件的快捷键的使用也非常容易快捷。
在GPS天线信号线的走线中，可能会用到微带线(Microstrip)、带状线(Stripline)或共面波导(Coplanar Waveguide)，下面以微带线为例介绍AppCAD 计算信号线特性阻抗的方法。
启动软件后，在左边的按钮中按“Passive Circuits”，在出现的选项中按“Microstrip”，如上图所示。
在出现的窗口中，设置相关参数。
如下图所示，在左下边的选项中设置PCB板的介电常数、传输信号的频率和PCB 长度的单位。
介电常数(Dielectric Er)设置是只需在下面的选择框中选择PCB板的材料，如下图中FR-4;或者在下面的选择框中选择“Enter Custom Er Value”，然后在上方直接输入介电常数值。
在GPS设计中，民用频率是1.57542GHz，可以直接输入频率值，或者用1.6GHz进行计算。
长度的单位有几种选择，如下图中选择了微米(um)为单位。
在上图中左上边需设置以下参数：线宽“W”，如图中为254微米;单层PCB板的厚度“H”，如8层板的厚度是1.2mm，则每层约150微米，如图中输入为150。
线的厚度“T”，1OUNCE 线厚度约35微米，0.5OUNCE线厚约18微米，如图中输入为18微米，若镀金或镀锡，则需再加25微米。
线的长度“L”线对特性阻抗影响不大，所以可以不考虑线的长度，用默认值就可以了。
输入和设置好左边的参数后，按右边的“Caculate Z0”或快捷键F4进行计算，此时下面的Z0即显示计算出的特性阻抗值50.75欧姆。