Мы решили сопоставить кабель SMA 50 Ом к печатной антенне на частоте 2,4 ГГц так что обратные потери остаются ниже –15 дБ, КСВ остается ниже 1,5, а эффективность антенны остается выше 90 процентов в диапазоне от 2,36 до 2,48 ГГц.
Мы выбрали простую сеть L-типа и планировали добавить небольшой шунтирующий конденсатор, если понадобится большая пропускная способность, а также выбрали компактные индукторы и конденсаторы SMD, чтобы плата оставалась небольшой.
Сначала мы использовали HFSS для моделирования голого печатная плата антенное питание и микрополосковую линию 50 Ом на FR-4 (εᵣ = 4,3, h = 1,6 мм, tan δ = 0,02). Мы извлекли импеданс на порте питания в диапазоне 2,2–2,6 ГГц, чтобы определить, какая реактивная коррекция нам необходима.
Затем мы выбрали L-сеть и рассчитали начальные значения при f₀ = 2,42 ГГц, используя:
Затем мы поместили в симулятор реальные SMD-модели для L и C и настроили их до тех пор, пока симулированные обратные потери S₁₁ не упали ниже –18 дБ при 2,42 ГГц и не остались ниже –15 дБ при 2,36 и 2,48 ГГц.
Затем мы перешли к компоновке печатной платы: мы сохранили согласующую сеть в пределах 5 мм от антенного питателя и использовали изгибы 45° в дорожках, чтобы избежать дополнительной реактивности, а также оставили заземляющую плоскость цельной, но добавили небольшой паз под антенной зоной для точной настройки. Эти правила позволяют снизить паразитную реактивность и сделать конструкцию воспроизводимой.
После разработки макета мы провели полноволновую симуляцию всей антенны и согласующей схемы и построили прототип для измерений. Все измеренные данные совпали с результатами симуляции с погрешностью ±5 процентов.
Таблица 1: Сводка результатов испытаний
| Параметр | Моделируемое и измеренное значение |
|---|---|
| Возвратные потери (S₁₁) | ≤ –18 дБ при 2,42 ГГц, ≤ –15 дБ при 2,36 и 2,48 ГГц |
| VSWR | ≤ 1,3 в диапазоне 2,36–2,48 ГГц |
| Прибыль | ≥ 2,2 дБи |
| Эффективность | ≥ 92 процентов |
Сначала мы показываем кривую обратного затухания, а затем кривую VSWR с их простым анализом:
Рисунок 1: Обратные потери в зависимости от частоты
Как видно, кривая обратных потерь достигает глубокой впадины –18 дБ при 2,42 ГГц и остается ниже –15 дБ в диапазоне от 2,36 до 2,48 ГГц. Это соответствует нашей цели — удержать отраженную мощность ниже 3 % во всем диапазоне 80 МГц.
Рисунок 2: VSWR в зависимости от частоты
Здесь VSWR снижается до 1,29 на центральной частоте и остается ниже 1,5 в диапазоне 2,36–2,48 ГГц. Это подтверждает, что согласование импеданса остается в пределах ±15% от 50 Ом, что обеспечивает низкие вносимые потери и сохраняет полосу пропускания антенны.
