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两根天线S11都好,互扰为何仍会很大?

两根天线S11都好,互扰为何仍会很大?

两根天线S11都好,互扰为何仍会很大?封面技术图

S11描述端口1有多少能量被反射,主要回答这根天线与馈线是否匹配;两根天线之间的耦合要看S21或S12。每根天线单独调到低S11,只能说明各自端口吸收得进去,不能说明能量不会通过近场、机壳电流、地板或空间辐射跑到另一端口。多天线设计必须同时审查匹配和隔离。

两根天线分别接到网络分析仪时,目标频段回波损耗都很漂亮。装进同一台设备后,一路发射却让另一路接收底噪抬高,吞吐量下降。这个结果并不与S11矛盾:单端口匹配解决的是能量能否进入天线系统,端口间隔离解决的是进入后有多少跑到邻近通道。

S参数的下标已经说明观察方向

S11表示从端口1入射的波,有多少返回端口1;S22对应端口2自身匹配。S21表示端口1激励时到达端口2的传输比例,常用其幅度评价隔离。一个二端口系统可以同时具有很低的S11和不理想的S21,两项指标描述的不是同一条能量路径。

测S21时,另一端口应按仪器和系统要求终接,校准参考面要到达馈点或明确的连接位置。若端口开路、线缆位置改变或匹配网络未装齐,测得的耦合会混入夹具与线缆效应。评价隔离时要写清端口方向、频段、整机状态和参考面,不能只截一条曲线。

两根天线S11都好,互扰为何仍会很大?配图1:多天线手机布局中,各天线同时共享有限空间、机壳与参考地。
多天线手机布局中,各天线同时共享有限空间、机壳与参考地。

匹配良好,为什么能量仍会串过去

天线近场会在相邻结构上感应电流;两根天线也可能通过共同地板、金属边框、屏蔽罩或连接线形成结构耦合。距离、相对方向、极化和安装位置都会改变这些路径。把两根天线各自在空旷环境调好,再装入同一机壳,电流分布已经不是原来的两个独立系统。

匹配网络还能把端口调到50Ω附近,却不一定改变主耦合通道。若耦合主要沿地板表面电流传播,只在馈点换一个电容可能让S11更好,S21几乎不变。此时要查看结构电流、地缝、天线间距和去耦结构,而不是继续围着单端口Smith图微调。

两根天线S11都好,互扰为何仍会很大?配图2:隔离度对应端口间传输,常由S21或S12评估,与单端口回波损耗分开。
隔离度对应端口间传输,常由S21或S12评估,与单端口回波损耗分开。

极化与方向能帮忙,但不能单独保证隔离

两天线极化正交时,理想远场中的极化失配可降低互相接收的能量。小型终端内部却常处于强近场和多路径环境,机壳电流会旋转或混合极化,用户手握也会改变边界。极化是设计变量之一,不是看到图标互相垂直就能直接换算成整机隔离。

空间距离通常有帮助,但距离不是唯一尺度。天线靠近共同地板的高电流区,即使馈点相隔较远也可能强耦合;相邻放置却通过方向、模式和去耦网络控制,也可能得到更好结果。应把频段内的S21曲线与电流分布、辐射效率和使用姿态一起看。

两根天线S11都好,互扰为何仍会很大?配图3:线极化、圆极化和椭圆极化描述场方向,实际隔离还受近场与结构电流影响。
线极化、圆极化和椭圆极化描述场方向,实际隔离还受近场与结构电流影响。
两根天线S11都好,互扰为何仍会很大?配图4:天线电流分布与辐射方向图相互关联,公共结构会改变原有模式。
天线电流分布与辐射方向图相互关联,公共结构会改变原有模式。

多天线调试用两张表,不用一条曲线

  1. 记录S11、S22,确认每个端口在目标频段内的匹配和带宽。

  2. 记录S21、S12,固定另一端口终接、线缆姿态、外壳、电池和屏蔽件状态。

  3. 比较单天线与双天线同时装配后的谐振移动,识别彼此加载。

  4. 结合仿真或近场扫描查看地板与机壳电流,定位主耦合通道。

  5. 在代表性手握、桌面和工作状态下复测,不用裸板最佳点替代整机结论。

若系统还存在发射与接收同时工作的频率关系,隔离只是射频预算的一部分。发射功率、滤波器抑制、接收机线性度、本振杂散和天线效率都会影响最终共存表现。天线S21可以指出端口间泄漏,却不能代替整机阻塞与互调测试。

整改时一次只改变一个主要路径:移动天线、调整方向、修改地连接、加入中和或去耦结构,再同时复测S11与S21。若隔离改善却让效率大幅下降,只是把能量损耗掉,并非理想解决。目标应是匹配、隔离、效率和整机空间之间的可验证平衡。

端口去嵌与馈线固定同样关键。两根测试同轴本身会成为散射体和额外耦合通道,线缆弯曲一次,S21就可能跟着变化。可使用稳定夹具、铁氧体抑制线缆共模,并在同一参考面完成校准;若线缆姿态必须改变,就把它作为新的测试配置而不是继续叠加到旧曲线上。

隔离曲线还要与工作信道对应。只报告频段内最好的一个点,会掩盖带边、谐振交叉或某个姿态下的窄带耦合峰。评审时可同时列出目标频点、频带最差值和典型值,并保留端口匹配曲线,避免用平均结果覆盖真正限制共存的局部频点。测试温度和外壳装配状态也应固定。


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