Wir haben uns vorgenommen, die ein 50 Ω SMA-Kabel an eine PCB-Antenne bei 2,4 GHz so dass die Rückflussdämpfung unter -15 dB, das VSWR unter 1,5 und der Wirkungsgrad der Antenne über 90 Prozent von 2,36 bis 2,48 GHz bleibt.
Wir haben uns für ein einfaches L-Netzwerk entschieden und geplant, einen kleinen Shunt-Kondensator hinzuzufügen, wenn wir mehr Bandbreite benötigen. Außerdem haben wir uns für kompakte SMD-Induktoren und -Kondensatoren entschieden, damit die Platine klein bleibt.
Zunächst haben wir HFSS verwendet, um die nackten PCB Antennenspeisung und der 50 Ω Mikrostreifenleitung auf FR-4 (εᵣ = 4,3, h = 1,6 mm, tan δ = 0,02). Wir haben die Impedanz am Speiseanschluss über 2,2-2,6 GHz extrahiert, um zu sehen, wie viel reaktive Korrektur wir benötigen.
Dann wählten wir ein L-Netz und berechneten die Startwerte bei f₀ = 2,42 GHz mit:
Als nächstes haben wir reale SMD-Modelle für L und C in den Simulator eingesetzt und sie abgestimmt, bis die simulierte Rückflussdämpfung S₁₁ unter -18 dB bei 2,42 GHz fiel und unter -15 dB bei 2,36 und 2,48 GHz blieb.
Dann gingen wir zum PCB-Layout über: Wir hielten das Anpassungsnetzwerk innerhalb von 5 mm von der Antenneneinspeisung und verwendeten 45°-Biegungen in den Leiterbahnen, um zusätzliche Reaktanzen zu vermeiden, und wir ließen die Grundplatte massiv, fügten aber einen kleinen Schlitz unter dem Antennenbereich für die Feinabstimmung hinzu. Diese Regeln halten die parasitäre Reaktanz niedrig und machen das Design wiederholbar.
Nach dem Layout haben wir eine Vollwellensimulation der kompletten Antenne plus Anpassungsnetzwerk durchgeführt und einen Prototyp für die Messung gebaut. Alle gemessenen Daten stimmten mit der Simulation innerhalb einer Toleranz von ±5 Prozent überein.
Tabelle 1: Zusammenfassung der Testergebnisse
| Parameter | Simulierter & gemessener Wert |
|---|---|
| Rückflussdämpfung (S₁₁) | ≤ -18 dB bei 2,42 GHz, ≤ -15 dB bei 2,36 & 2,48 GHz |
| VSWR | ≤ 1,3 über 2,36-2,48 GHz |
| Gewinnen Sie | ≥ 2.2 dBi |
| Effizienz | ≥ 92 Prozent |
Wir zeigen zuerst die Rückflussdämpfungskurve und dann die VSWR-Kurve mit ihren einfachen Analysen:
Abbildung 1: Rückflussdämpfung im Vergleich zur Frequenz
Wie Sie sehen können, erreicht die Rückflussdämpfungskurve eine tiefe Kerbe von -18 dB bei 2,42 GHz und bleibt von 2,36 bis 2,48 GHz unter -15 dB. Damit haben wir unser Ziel erreicht, die reflektierte Leistung im gesamten 80-MHz-Band unter 3 Prozent zu halten.
Abbildung 2: VSWR vs. Frequenz
Hier sinkt das VSWR auf 1,29 bei der Mittenfrequenz und bleibt unter 1,5 über 2,36-2,48 GHz. Dies bestätigt, dass die Impedanzanpassung innerhalb von ±15 Prozent von 50 Ω bleibt, was die Einfügedämpfung niedrig hält und die Bandbreite der Antenne bewahrt.
