PDF《AN5129 应用笔记》

2018年11月DocID031432 Rev 1[ English Rev 1] 1/22

1 AN5129 应用笔记 适合2.

4GHz无线信号的低成本PCB天线: 适用于STM32WB系列的弯折天线设计 引言 此应用笔记专用于STM32WB系列微控制器. 使用PCB(印刷电路板)天线的主要原因之一是降低无线模块的总成本.通过精心设计和实 施,PCB印刷天线拥有与同样功能的SMD(表面贴装器件)陶瓷天线相似的性能. 一般而言,陶瓷SMD天线的封装尺寸小于PCB印刷天线的尺寸.对于PCB印刷天线解决方 案,PCB相对于天线所需空间的尺寸有所增加,这意味着无线模块更大,PCB成本也随之增 加.然而,PCB解决方案通常比SMD陶瓷天线更廉价. STM32WB系列的演示和开发板根据本应用笔记实现PCB印刷天线. www.st.com 目录 AN5129 2/22 DocID031432 Rev 1[ English Rev 1] 目录

1 概述

5 2 坐标系

5 3 布局规范

6 4 阻抗匹配

8 5 辐射方向图,3D可视化

12 6 辐射方向图,2D可视化

13 6.1 Y-Z平面的辐射方向图

14 6.2 X-Y平面的辐射方向图

16 6.3 X-Z平面的辐射方向图

18 7 性能

20 8 机械和PCB影响

20 9 版本历史

21 DocID031432 Rev 1[ English Rev 1] 3/22 AN5129 表格索引

3 表格索引 表1. 推荐的基板规范.7 表2. 文档版本历史

21 表3. 中文文档版本历史

21 图片索引 AN5129 4/22 DocID031432 Rev 1[ English Rev 1] 图片索引 图1. 球坐标系

5 图2. 球坐标系

6 图3. 天线区域的PCB横截面

7 图4. 802.15.4部分和BLE PCB弯折天线(比例约为4:1)8 图5. 阻抗匹配电路 - 直接射频连接

8 图6. 弯折天线的复阻抗(史密斯图)9 图7. 采用对数标度的S11参数(直角坐标曲线图)10 图8. 天线驻波比(SWR)11 图9. 3D辐射方向图概述

12 图10. X-Z平面的辐射方向图

12 图11. 使用2D图实现3D辐射方向图的主要平面.13 图12. Y-Z平面的远场辐射方向图

14 图13. Y-Z平面的归一化辐射方向图(极坐标图)15 图14. Y-Z平面的归一化辐射方向图(直角坐标曲线图)15 图15. X-Y平面的远场辐射方向图

16 图16. X-Y平面的归一化辐射方向图(极坐标图)17 图17. X-Y平面的归一化辐射方向图(直角坐标曲线图)17 图18. X-Z平面的远场辐射方向图

18 图19. X-Z平面的归一化辐射方向图(极坐标图)19 图20. X-Z平面的归一化辐射方向图(直角坐标曲线图)19 DocID031432 Rev 1[ English Rev 1] 5/22 AN5129 概述

21 1 概述 本文档适用于基于ARM的STM32WB系列器件.

2 坐标系 对于本文档,使用的是图 1所示的球坐标系. 图1. 球坐标系 PCB模块垂直(X-Z平面)靠近坐标系原点.方位角从X轴到Y轴,倾斜角从Z轴到X-Y平面. 有时,对于地理和导航系统,X轴称为 法线轴 ,Y轴称为 东轴线 ,Z轴称为 天 顶轴 . 布局规范 AN5129 6/22 DocID031432 Rev 1[ English Rev 1]

3 布局规范 PCB天线包括所用PCB物料的电气参数,这对布局要求非常严格.建议使用尽可能类似图

2 所示的布局. 图2. 球坐标系 PCB天线的电气参数和性能也是由所使用的基板决定,尤其是板芯厚度与介电常数. DocID031432 Rev 1[ English Rev 1] 7/22 AN5129 布局规范

21 图 3图示了PCB天线区域中基板的典型横截面. 图3. 天线区域的PCB横截面 推荐使用表 1中所定义的参数对应的基板. 表1. 推荐的基板规范 层 尺寸 介电常数?R 标签 值(mil) 值(?m) 阻焊层,顶部 S1 0.7 17.78 4.4 铜线 T 1.6 40.64 - 内核 C

28 711.2 4.4 阻焊层,底部 S2 0.7 17.78 4.4 阻抗匹配 AN5129 8/22 DocID031432 Rev 1[ English Rev 1]