【導讀】對於物聯網而言
，通過 WiFi 來連接設備非常普遍。但是高性能 WiFi 連接需要針對 RF 的電路設計
，其中必須仔細考慮元件、PCB 設計和布局以及天線匹配等因素。

將 WiFi 接口集成到所有應用中

對於物聯網而言，通過 WiFi 來連接設備非常普遍。但是高性能 WiFi 連接需要針對 RF 的電路設計，其中必須仔細考慮元件、PCB 設計和布局以及天線匹配等因素。

由you於yu物wu聯lian網wang應ying用yong的de興xing起qi和he控kong製zhi的de去qu中zhong心xin化hua，需xu要yao在zai傳chuan感gan器qi等deng外wai圍wei設she備bei中zhong集ji成cheng無wu線xian連lian接jie，從cong而er與yu中zhong央yang控kong製zhi器qi進jin行xing數shu據ju通tong信xin，這zhe對dui於yu許xu多duo開kai發fa人ren員yuan而er言yan是shi一yi個ge挑tiao戰zhan。無wu線xian連lian接jie的de優you點dian很hen明ming顯xian：無需電隔離或布設固定線纜。需要高質量的無線網絡才能確保即使在幹擾嚴重的環境中也能進行安全穩定的通信。高質量的 WiFi 連接需要針對 RF 進行設計才能同時滿足 EMC 和信號完整性要求。

避免天線反射

WiFi 控製器以數字方式運行，它不僅會在 Tx 輸(shu)出(chu)端(duan)口(kou)產(chan)生(sheng)需(xu)要(yao)的(de)信(xin)號(hao)
，還(hai)會(hui)產(chan)生(sheng)諧(xie)波(bo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)。同(tong)時(shi)還(hai)有(you)由(you)傳(chuan)輸(shu)路(lu)徑(jing)不(bu)匹(pi)配(pei)引(yin)起(qi)的(de)幹(gan)擾(rao)。理(li)想(xiang)情(qing)況(kuang)下(xia)，從(cong)驅(qu)動(dong)輸(shu)出(chu)到(dao)天(tian)線(xian)的(de)路(lu)徑(jing)阻(zu)抗(kang)應(ying)為(wei) 50 Ω。為了降低諧波幹擾和改善匹配，人們常常會對 WiFi 接口的發送和接收路徑采取一些措施
，例如使用濾波器和匹配網絡等。

選擇適合射頻的濾波器元件

在電路中，電容、電感和電阻等元件的組合會產生不同的阻抗。在高於 500 MHz 的頻率範圍內使用濾波器元件時，需要重點關注最重要的元件特性。

500 MHz 以上的射頻電容

隻有某些類型的電容適用於高頻應用
，例如 WCAP-CSRF 係列（料號 885392005010）。其規格書中的電氣參數在如圖 1 所示，包括諧振頻率、ESR
、直流偏置漂移和溫度漂移。這些參數也可以在在線仿真平台“REDEXPERT”（redexpert.we-online.com）上進行仿真。

圖1：3-pF HF 電容 WCAP-CSRF 885392005010 的電氣特性。

500 MHz 以上的射頻電感

天線匹配通常會使用不帶鐵氧體磁芯的電感
，而EMI 濾波器通常會使用帶鐵氧體磁芯的電感。在電感使用了鐵氧體磁芯的情況下，必須根據阻抗曲線仔細選擇鐵氧體材料。

對於低損耗天線匹配網絡的濾波器或類似的射頻應用，WE-KI 係列電感非常適合。為了實現高品質因數和高諧振頻率
，這些元件使用陶瓷材料（表 1）。

表1：SMD 電感 744761110A 的特性（數據來自規格書）

創建 WiFi 接口

圖 2 展示了一個帶有 WiFi 接口的 IoT 電路例子。有限功率的輻射源（如收發器）可以實現的無線電覆蓋範圍在很大程度上取決於天線設計、封裝和 PCB 布局。在實踐中，大多數產品都配備了一個收發器芯片，它結合了發送和接收功能。當然，這意味著天線匹配、饋線和天線本身都同時用於發射和接收操作。接收通道通常具有較寬的動態範圍
，靈敏度 > 95 dB 
，天線有 3 - 4 dB 的靈敏度降低。增益調整可以補償由於失配造成的損失。發射操作至關重要，如果天線的靈敏度降低 3 dB 或發射輸出級和天線之間的路徑上損耗增加 3 dB，就需要發射器輸出兩倍的功率。即使 Tx 芯片能夠輸出兩倍的發射功率
，也會不可避免地導致高電流消耗以及發射的信號中包含更高比例的諧波幹擾，甚至可能會導致 EMC 問題。值得注意的是，收發芯片或通信模塊的製造商通常會在規範中指定最合適的天線。這是為了確保符合 RED 指令 2014/53/EU 的適用標準，同時考慮到可行性。

圖2：物聯網電路板上的 WiFi 接口電路

陶瓷芯片天線

陶瓷芯片天線具有幾個優點：它的尺寸很小
，不易受到附近元件的電磁幹擾
；無需仿真即可輕鬆更改電路板設計或布局
；可以簡單地修改天線甚至更換為不同的天線。GPS 和 2.4 GHz 等移動和高頻應用經常使用陶瓷天線。圖 3 展示的是適用於 WiFi 連接的 WE-MCA 多層片式天線。

圖3：各種設計的 WE-MCA 多層片式天線

最大化傳輸功率

當源阻抗等於負載阻抗時
，傳輸功率最大。這意味著發射器輸出的源阻抗為 ZT
，它向阻抗為ZL的電路路徑傳輸功率
，ZL 應與 ZT 相等。功率傳輸到阻抗為 ZA 的(de)天(tian)線(xian)，理(li)想(xiang)情(qing)況(kuang)下(xia)天(tian)線(xian)的(de)阻(zu)抗(kang)應(ying)該(gai)與(yu)饋(kui)線(xian)和(he)源(yuan)的(de)阻(zu)抗(kang)相(xiang)同(tong)。當(dang)所(suo)有(you)阻(zu)抗(kang)都(dou)具(ju)有(you)相(xiang)等(deng)的(de)值(zhi)時(shi)，就(jiu)會(hui)達(da)到(dao)最(zui)大(da)傳(chuan)輸(shu)功(gong)率(lv)。如(ru)果(guo)匹(pi)配(pei)不(bu)佳(jia)

，收(shou)發(fa)器(qi)發(fa)送(song)的(de)幅(fu)度(du)為(wei) VIN 的信號進入電路路徑，隻有一部分信號會到達天線，剩餘的信號會在源和饋線之間或饋線和天線之間的不連續處反射。

通過加入匹配網絡（通常是 π-、T-
、LL- 或 LC-網絡）可以大幅減少這種失配。匹配網絡的電容值和電感值通常在 pF 和 nH 範圍內。從 0.5 pF 到 20 pF， 和 0.5 nH 到 20 nH 範圍的樣品組合非常有用。因此WiFi 接口的布局中必須包含天線匹配網絡放置的位置。

在圖 4 所示的示例中
，天線位於電路板的角落。天線不會被其他的元件所包圍，從而獲得良好的天線性能。

圖4：WiFi 接口板天線區域的部分布局

在這一案例研究中，對 WE-MCA 多層片式天線（料號 7488910245）進行了匹配以實現最大功率傳輸。

（來源：伍爾特電子

，作者：Zenkner 博士
，伍爾特電子的獨立顧問，作為 EMC 專家專門從事技術營銷和應用工程工作。）

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