基于MLX71120/21接收機(jī)實(shí)現(xiàn)平衡環(huán)天線的設(shè)計(jì)

概述

本篇文章概述了MELEXIS無(wú)線接收芯片MLX71120和MLX71121的平衡環(huán)天線設(shè)計(jì)。提供了詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括完整的計(jì)算步驟。文章中所有的電路是基于內(nèi)部集成中頻濾波器的MLX71121而設(shè)計(jì)的，對(duì)于MLX71120而言，需要考慮外置中頻濾波器。

應(yīng)用場(chǎng)合

1、 沒(méi)有外置天線體積非常小的射頻接收機(jī)

2、需要較高靈敏度但是又不采用SAW濾波器

工作原理

因?yàn)镸LX71120/21接收機(jī)的內(nèi)部有兩個(gè)相同的LNA和一個(gè)差分的混頻器輸入，故可采用一個(gè)帶有簡(jiǎn)單電容加載的平衡環(huán)天線來(lái)實(shí)現(xiàn)匹配。這個(gè)LNA有一個(gè)公共的輸出調(diào)諧電路，每一個(gè)LNA可以驅(qū)動(dòng)混頻器的一路。

圖1、433MHz應(yīng)用電路

兩個(gè)LNA的輸入管腳Pin1和Pin8連接到環(huán)天線。C1和C2調(diào)諧環(huán)天線，兩者的比值將環(huán)天線匹配到LNA的輸入端。在433MHz，每一個(gè)LNA都可以等效為300歐姆的電阻加一個(gè)3pF的電容。因此，這相當(dāng)于C1兩端的負(fù)載是600歐姆。

PCB板上的環(huán)可以測(cè)試到電感值66.76nH，在433MHz諧振電容是2.02pF。C1和C2一起調(diào)諧環(huán)天線。環(huán)天線的空載品質(zhì)因數(shù)約為380，其電阻值可以計(jì)算得到182歐姆，因此空載阻抗為

接收機(jī)輸入端加載環(huán)后的品質(zhì)因數(shù)QL一定小于380.

空載品質(zhì)因數(shù)Q0，加載品質(zhì)因數(shù)為QL

調(diào)諧電路的插損可以由下述公式給出：

在接收靈敏度和頻率選擇性有必要做一個(gè)平衡。因?yàn)檫x擇性越好，需要的品質(zhì)因數(shù)越高，而這也意味著插損加大，靈敏度降低。

此處選擇加載品質(zhì)因數(shù)為120，這意味著環(huán)的阻抗為

而這個(gè)值可以理解為空載環(huán)阻抗和接收端的轉(zhuǎn)換阻抗的并聯(lián)，因此這個(gè)接收端加到環(huán)的阻抗一定是31.8K歐姆。

這給出了接收端輸入部分的阻抗比值為 31.8K/600=53

因此

實(shí)際上，C2=15pF，C1=2pF時(shí)可以在Pin24測(cè)試得到最好的RSSI。

LNA的管腳LNAO1和LNAO2是集電極的開路輸出端，需要DC通過(guò)電感來(lái)供電。每一路都可以用一個(gè)電感加并聯(lián)電容的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以在兩個(gè)電感間接一個(gè)電容。就是本例中的C4，其電容值的一半與每一個(gè)電感一起調(diào)諧電路。

接收端其他部分的電路與MLX71120或MLX71121的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估板是一致的。

接收靈敏度可以通過(guò)下式計(jì)算

這里： P_R 是接收功率， G_R 是接收天線的增益，本例中，G_R約為1.5倍的輻射因數(shù)，E= 天線的電場(chǎng)強(qiáng)度。一部分接收信號(hào)消耗在天線上，一部分進(jìn)入到接收端的輸入口。進(jìn)入到接收機(jī)輸入端的的有效功率是P_R的（Q_0-Q_L）/Q_0 倍。因此如果有效功率已知，就可以計(jì)算得到E其單位是μV？m。 這些可以從MELEXIS官網(wǎng)得到。下圖是應(yīng)用433MHz同一環(huán)天線在315MHz的匹配電路。

圖2、315MHz應(yīng)用電路

是圖1和圖2中的元件值