知识分享：rfPIC12F675芯片实现环形天线的设计原理

1 前言

伴随着无线通信技术性的快速发展和运用，功耗低、携带式微中小型无线通信商品也日益遭受顾客的亲睐。为了更好地能使微中小型的无线通信商品收取和发送数据信息高效率更高一些，提升企业产品的应用性和稳定性，设计方案了一种专门针对于rfPIC12F675根据PCB板的圆形无线天线。无线天线是将无线调频发射机导出的微波射频数据信号输出功率由电磁场的方式辐射源出来的一个主要的无线机器设备。

现阶段，有很多柱式无线天线或别的容积比较大的外置天线。为了更好地在确保传送高效率的情形下，减少无线天线的体型和降低功耗，将天线设计在PCB板上，以合适于功耗低、携带式的无线通信产品的要求。该设计方案根据MICROCHIP企业的导弹集成ic，其內部集成化了压控晶振电路VCO和锁相环路PLL等电源电路，简单化了无线通信中别的电源电路的设计方案，减少总体设计方案难度系数和设计方案成本费，与此同时提升了操作系统的静电放电工作能力和稳定性。该体系选用的RF集成ic为rfPIC12F675，其信号强度可达10dB。除此之外（1），该单片机设计选用精简指令系统软件（RISC）、哈佛大学系统总线和二级生产流水线取指令方法，对恶劣的环境具备较强的适应能力。

2 圆形无线天线原理

圆形无线天线和身体十分类似，有一般的单级或多级别无线天线作用。再加之中小型圆形无线天线的体型小、可靠性高和成本低，使其变成微中小型通讯商品的理想化无线天线。典型性的圆形无线天线由线路板上的铜布线构成的电控制回路组成，也可能是一段制做成圆形的输电线。其闭合电路等同于2个串联电阻器与一个电感器的串联（如下图1所显示）。Rrad是圆形无线天线具体发送动能的电阻器实体模型，它耗费的功效便是电源电路的信号强度。假定穿过无线天线控制回路的电流量为I，那麼Rrad的损耗输出功率，即RF输出功率为Pradiate＝I？2？Rrad。电阻器Rloss是圆形无线天线因发烫而耗费动能的电阻器实体模型，它耗费的输出功率是一种必然的动能耗损，其尺寸为Ploss＝I2？Rloss。假如Rloss＞Rrad，那麼耗损的电压比具体发送的输出功率大，因而这一无线天线是低效率的。无线天线耗费的功效便是信号强度和耗损输出功率之和。事实上，圆形无线天线的设计方案几乎控制不了Ploss和Prad，由于Ploss是由制做无线天线的电导体的导电能力和输电线的尺寸决策的，而Prad是由无线天线所排成的范围尺寸决策的。

3 变量值的测算

（1） 阻值的测算

圆形无线天线的发送电阻器Rrad可以参照如下所示公式计算（2）：

式中A为圆形无线天线所排成的总面积，企业为米； 为无线的光波长，可以根据发送工作频率和光的速度测算出，其企业为米。由该公式计算可以计算出，Rrad的尺寸在毫欧级的范畴内。

圆形无线天线的低电阻器尺寸的公式计算为：

式中l为圆形无线天线的直径，w为PCB布线的总宽，f为X射线工作频率， ＝4 ？10－7， 为PCB板布线的导电率，典型性的铜导电率为5.7？107S/m。

（2） 电感器值的测算

图1中的第三个电子器件便是圆形无线天线的电感器L。无线天线的电理性主要是电流磁效应而发生的結果。通常，即使是简易样子的无线天线的电容指数计算方法也是难以获得的。现阶段，测算电导体电感器率的公式计算也比较多，但一般是较为冗杂的。现得出一个简易而相对性精确的公式计算：

。

4 电路原理

本设计方案应用的工作频率为是最常见的433.92 MHz。在调节方法上，不管ASK或是FSK，针对无线天线的设计方法是同样的，本设计方案选用的是ASK方法。选用的处理器是rfPIC12F675。

（1） 特性阻抗配对

为了更好地使无线天线做到发送无线电波的目地，务必对其主要参数开展配对，使无线天线控制回路产生振荡。在控制回路中添加电容器，促使无线天线控制回路特性阻抗值最少。在这个耦合电路（如下图2所显示）中，电容器C的值的计算方法为：

测算该耦合电路的品质因素的公式计算为：

式中Rs为控制回路中的总电阻器，不但包含Rrad和Rloss，并且还包含具体电源电路中电容器造成的电阻器效用，一般的陶瓷电容在UHF频率段范畴内的阻值为0.2欧到0.8欧中间。

为了更好地使无线天线做到更强的实际效果，通常把电容器C拆卸为2个电容器C1和C2，如下图3所显示。通常，C2远高于C1，在本设计中，C1用于调整固有频率，而C2调整无线天线的匹配电阻。

（2） 电路原理图设计方案

电路原理图的设计方案（如下图4所显示）是以图3中演化而成的，C1就是图3中的C1，C2和C3串连构成图3中的C2。这一点针对调节线路板的串联谐振很重要。

（3） PCB图的设计方案

在PCB图（如下图5所显示）设计方案时，使无线天线的线距为2mm，所排成的总面积尽量大，在无线天线上及无线天线所围的范畴内不必置放电子器件，不然其主要参数将难以推算出来。

在设计电路板别的一部分时，必须将线路板双面商业用地敷铜，而且用很多的通孔将其联接。

（4） 变量值的测算

当电源设计完毕以后，明确相对应的变量值。在本设计中，无线天线的布线总宽为2mm，总宽为16mm，长短为35mm，三个电容器的总电阻值约为1.7欧。由前边的公式计算可以计算出：Rrad＝0.0573欧，Rloss＝0.289欧，L＝68.3nH，C1＝2.27pF，C2＝14.8pF。

实验表明这种电容器值比具体的偏高15％，而应用的电子器件也是有5％的偏差。最终明确变量值为C1＝12P；C2＝15P；C3＝2P。

5 调节与检测

调节机器设备规定：一个频率计、一个数据信号解析器和一根接受无线天线。

测试标准：将频率计的数据信号工作频率调节到433.92MHz，做为鼓励联接在馈线上，用数字示波器从接纳无线天线上获得接受到的数据信号，为此来观察无线天线发送的合理输出功率。调整配对电容器，以使获得输出功率较大。

调节方式：将电容器C1的电容器值翻番，随后慢慢减少，了解该电阻是怎样危害无线天线的特性，并使功率做到较大，观查在最高值周边时的敏感度及其哪一个电容器对其危害较大。

在调节的环节中，你很有可能会发觉，如果你用调整专用工具调整的情况下，信号强度伴随着调整的专用工具的移走而减少。摆脱这一难题的办法是调整电容器使信号强度根据最高值并纪录最高值部位，随后再次调节电容器，使功率做到最高值的此外一侧，随后挪走调节专用工具，观查功率的变动状况。假如功率缩小，则调节电容器，使功率做到最高值的此外一侧，随后挪走调节专用工具。不断实验，最后获得最高值。调节結果如下图6所显示。

6 结语

文中的自主创新取决于根据MICROCHIP企业生产制造的rfPIC12F675集成ic，明确提出了一种微中小型天线设计技术性和调节技术性。系统软件完成了无线网络发送数据信息的与此同时具备一下优势：

1. 因为无线天线容积减少，使整体系统的容积减少，可以减少无线通信产品的容积，还可以使其表面美观大方。

2. 该无线天线调节技术性可以使整体系统的发送高效率做到较大，进而最大限度地节省动能。

3. 该天线设计方式简易，成本费很低，因而有较大的实际意义。

具体运用表明，该无线天线有低成本，高效率，穿透力好和体型小的等鲜明特点。

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