Abbiamo deciso di abbinare un cavo SMA da 50 Ω a un'antenna PCB a 2,4 GHz in modo che la perdita di ritorno rimanga inferiore a –15 dB, il VSWR rimanga inferiore a 1,5 e l'efficienza dell'antenna rimanga superiore al 90% da 2,36 a 2,48 GHz.
Abbiamo scelto una semplice rete di tipo L e abbiamo previsto di aggiungere un piccolo condensatore shunt se avessimo avuto bisogno di una maggiore larghezza di banda, quindi abbiamo scelto induttori e condensatori SMD compatti in modo che la scheda rimanesse piccola.
In primo luogo, abbiamo utilizzato HFSS per modellare il nudo PCB alimentazione dell'antenna e linea microstrip da 50 Ω su FR-4 (εᵣ = 4,3, h = 1,6 mm, tan δ = 0,02). Abbiamo estratto l'impedenza alla porta di alimentazione tra 2,2 e 2,6 GHz per vedere quanta correzione reattiva era necessaria.
Quindi abbiamo scelto una rete L e calcolato i valori iniziali a f₀ = 2,42 GHz utilizzando:
Successivamente, abbiamo inserito nel simulatore modelli SMD reali per L e C e li abbiamo regolati fino a quando la perdita di ritorno simulata S₁₁ è scesa al di sotto di –18 dB a 2,42 GHz ed è rimasta al di sotto di –15 dB a 2,36 e 2,48 GHz.
Poi siamo passati al layout del PCB: abbiamo mantenuto la rete di adattamento entro 5 mm dall'alimentazione dell'antenna e abbiamo utilizzato curve a 45° nelle tracce per evitare reattanze aggiuntive, lasciando il piano di massa solido ma aggiungendo una piccola fessura sotto l'area dell'antenna per la regolazione fine. Queste regole mantengono bassa la reattanza parassita e rendono il progetto ripetibile.
Dopo la progettazione, abbiamo eseguito una simulazione a onda intera dell'antenna completa più la rete di adattamento e abbiamo costruito un prototipo per la misurazione. Tutti i dati misurati concordavano con la simulazione con una tolleranza del ±5%.
Tabella 1: Riepilogo dei risultati dei test
| Parametro | Valore simulato e misurato |
|---|---|
| Perdita di ritorno (S₁₁) | ≤ –18 dB a 2,42 GHz, ≤ –15 dB a 2,36 e 2,48 GHz |
| VSWR | ≤ 1,3 tra 2,36 e 2,48 GHz |
| Guadagno | ≥ 2,2 dBi |
| Efficienza | ≥ 92 percento |
Mostriamo prima la curva di perdita di ritorno e poi la curva VSWR con le loro semplici analisi:
Figura 1: Perdita di ritorno rispetto alla frequenza
Come si può vedere, la curva di perdita di ritorno raggiunge un profondo incavo di –18 dB a 2,42 GHz e rimane al di sotto di –15 dB da 2,36 a 2,48 GHz. Ciò soddisfa il nostro obiettivo di mantenere la potenza riflessa al di sotto del 3% nell'intera banda di 80 MHz.
Figura 2: VSWR rispetto alla frequenza
Qui il VSWR scende a 1,29 alla frequenza centrale e rimane inferiore a 1,5 tra 2,36 e 2,48 GHz. Ciò conferma che l'adattamento dell'impedenza rimane entro ±15% di 50 Ω, il che mantiene bassa la perdita di inserzione e preserva la larghezza di banda dell'antenna.
