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LoRa天线电路设计四大关键

随着LoRa技术在业内的持续发热,加上其独特优越的传输性能,运用LoRa技术的群体正在爆发式的增长,由于很大部分群体对LoRa等射频技术均是初次接触,在做产品的过程中,通常会遇到棘手的射频电路设计

  跟着LoRa技能在业界的继续发热,加上其共同优胜的传输功能,运用LoRa技能的集体正在爆发式的增加,由于很大部分集体对LoRa等射频技能均是初度触摸,在做产品的过程中,通常会遇到扎手的射频电路规划问题,其实只需把握几大要害,就根本能够发挥LoRa的最佳功能。

  要害一、匹配电路规划

  在原理图规划时,需求在天线接头与模块的天线引脚之间预留一个π型匹配电路。天线的阻抗是遭到电路板的铺地、外壳和装置视点等要素影响的,预留这个π型匹配电路是为了当天线严峻违背50欧姆时,将其纠正到50欧姆。

  默许状况下,天线阻抗是比较挨近50欧姆的,鄙人图中的C17和C18不必焊接;而L2用220pF电容,或许1nH电感,再或许0欧电阻,三者均可。遇到特别的状况时,比方天线装置模具内部、天线的体积很小或需求加强高次谐波按捺等,这三个匹配元件才需求进行匹配调整。

  【图1】 LoRa模块运用的预留匹配电路

  理论上,不管天线阻抗在任何值,都能够经过π型匹配电路将其匹配到50欧姆。但是实践上电感%&&&&&%都是有内阻的,这个内阻会吸收能量,若天线阻抗太小(几欧姆)或大(上千欧姆)的话,经过匹配电路将其匹配到50欧姆去就失去了含义。原因在于大部分的能量已耗费在匹配元件的内阻上。

  要害二、微带线走线规矩

  此处所说的微带线指的是LoRa模块的天线引脚到天线接头之间的PCB走线。下图是LoRa模块ZM470SX-M评价板上的微带线示例,由于模块内部阻抗以及天线阻抗都是以50欧姆标准来规划,因而当微带线特征阻抗也是50欧姆时,三者得到了最佳匹配。

    

  【图2】 LoRa模块邮票孔式天线接口

  为得到50欧姆左右的微带线,一方面能够向PCB生产厂家提阻抗加工要求,有才能的PCB厂家能够依据板材参数经过线线宽来操控走线阻抗;另一方面能够从PCB厂家获取板材参数后(主是介电常数)经过软件自己核算线宽,然后把阻抗操控在咱们希望的规模。

    

  【图3】LoRa学习评价板

  依据经历,若用FR4的板材(介电常数在4.2~4.6之间),当线宽为微带线到参阅层间隔的2.2倍时,特征阻抗比较挨近50欧姆。例如用双面板的景象,板厚为0.8mm时,可取线宽为1.7mm。但有必要留意,微带线下面的铺地有必要是完好的,微带线与铺铜间隔依据阻抗核算软件核算成果来设定。模块天线引脚两边的地焊盘有必要杰出接地。

  【图4】 ZM470SX-M评价板微带线示例

  由于470MHz电磁波的波长较长,假如这段微带线走线长度不超越20mm时,走线特征阻抗在25~75欧姆规模对功能影响不大,这种状况下主张运用25mil线宽即可。

  要害三、PCB铺地要求

  咱们遇到过许多这样的状况:用户将咱们的模块用到产品上,产品程序上运用与咱们评价板相同的装备参数,并运用咱们评价板上的天线,通讯作用却显着比咱们的评价板差许多。与通讯间隔相关的无非就发射功率、接纳灵敏度和天线这三个要害参数,其间前面两个参数在咱们模块出厂家时有测验过的,不合格的产品是当废品处理掉的,而天线是因用户的规划不同而不同。影响通讯的间隔首要便是天线这个参数,其它两个参数简直不会因用户的板子不同而产生较大的改变。

  【图5】 ZM470SX-M评价板PCB示例

  在空气中,频率为470MHz的电磁波波长为63CM,若规划一款标准的半波偶极子天线,则这款天线至少为半个波长,即31.5CM。实践运用中,绝大部分的产品并没有给天线规划预留这么大的空间,所以遍及选用绷簧天线。运用这种绷簧天线时,天线接在不同的板子上,其功能参数是不相同的。这是由于这种类型的天线,绷簧仅仅整个天线的一部分,另一部分是电路板上的地,故在电路铺地的时分就得有考究了,总准则便是:一是要尽能够使天线笔直电路板装置,二是要使铺地的铜块尽量大而且接连,并依托密布的过孔来使正反两面的铺地接连也是可行的。

  要害四、天线装置标准

  在所有硬件参数调整好后,天线的装置也是要害一步,天线辐射是有方向性的,并不是每个方向辐射持平的能量,好像咱们说话相同,有的方向听到的声音强,有的方向弱。装置天线的时分,需求将天线辐射最强的方向对准接纳的天线,接纳天线才或许取得最强的接纳信号,要做到这一点,有必要先知道天线的辐射方向才行。

  在没有暗室等专业天线测验实验室的状况下,那怎么测验天线的辐射方向呢?咱们能够在终究确认产品后,让其接连不断发送数据,并用频谱分析仪测验离产品必定间隔的信号强度,旋转被测验的产品,并记载各个方向的信号强度,然后能够制作出产品的天线辐射大致方向图。

    

  【图6】辐射方向测验

  接近墙面、门和金属面等反射面装置时,需求留意反射带来的影响,理论和测验成果都证明了以下的定论:

  最佳方位:  

最差方位:  

 

  最佳与最差方位相距λ/4替换呈现;

  RX1优于RX2,例如470MHz时,离反射面16CM作用远优于32CM。

    

 

  【图7】电磁波的反射

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