基于频谱分析仪和史密斯圆图工具的天线调试

阻抗匹配（impedance matching） 主要用于传输线上，以此来达到所有高频的微波信号均能传递至负载点的目的，而且几乎不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。信号源内阻与所接传输线的特性阻抗大小相等且相位相同，或传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小相等且相位相同，分别称为传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态，简称为阻抗匹配。

以前调试天线匹配参数，由于没有仪器，所有数据都是经过计算出来的，所以天线的参数可能始终不是最佳的，现在有了频谱分析仪，所有工作都变的简单了，下面介绍利用频谱分析仪结合史密斯圆图工具来调试天线，使天线性能尽量达到最佳。

1、首先介绍下整套读卡系统：分为读头与天线，这两个是长距离匹配的。读头已经调试好了，使用的是PN512射频芯片。对外的射频座子采用的是SMA头的座子，已经达到了50欧姆的阻抗，中间采用50欧姆的同轴电缆相连，所以我们需要做的就是把天线的输入阻抗调试到50欧姆，而下面的步骤也是为了这个目标。

2、知道了需要匹配50欧姆阻抗后，现在来了解下天线的频率，这里的应用一般都是TypeA类的卡片，载波频率为13.56Mhz。也就是说，在13.56Mhz下，读头与天线间的整个通路阻抗需要为50欧姆。下面是天线的原理图：其中C1、C2、C3、C4均为固定值的电容，C6、C5为可调电容。电容材料一般为COG或NPO的，为了减少温飘，R1为串联电阻。匹配的主要目标就是更改这个几个值来达到：在13.56M下，从SMA端看天线阻抗为50欧姆。

3、接下来正式开始介绍调试步骤，首先需要测试裸天线的参数：C3、C4、C5均不接，C1、C2、C6均短路连接，R1短路连接。利用频谱分析仪测试出在1Mhz下的裸天线的参数：La = 1050nH。13.56Mhz下的天线串联电阻Ra = 1.63欧姆。

4、计算品质因素，对于读卡器的应用，一般品质因素范围在35左右，具体原因没研究过。品质因素理解为电感分到的功率，品质因素越大，电流越大。具体计算公式为Q = wL/R，为了达到Q=35左右的值，所以需要增加天线的串联电阻来得到符合的Q值，L值和原始串联电阻已经在第三步中测量出来了，La=1050nH,Ra = 1.63欧姆，所以我这里取再增加1.5欧姆的附加电阻，来使得Q值为28.5左右。

5、取R1=1.5欧姆，其余电容还是按照3的步骤不变，焊接完R1后，接着利用频谱分析仪测量13.56Mhz下的天线的实部与虚部。测得此时天线实部为3.17。虚部为105.56。我们的目标是使得虚部为0，实部为50。

6、接着我们使用史密斯圆图工具来达到我们的目标。首先输入原始点 Z = 3.170+105.560j，可以看到TP1点在圆图的上方，也就是呈现感性。我们先调试并联电容(串联电容在高频下对实部基本没有影响)使得实部的值为50，取电容值的时候发现，使实部达到50的电容有两组，一组在圆图的上方，一组在圆图的下方，而且是对称的，我们选择圆图的上方这一组，因为后面调虚部时加是容性的电容，如果取下方的这一组，那么后面虚部将调不到0。可以看到我们取的并联电容值为83.3pf，当然这个值的电容是不存在的，所以就需要挑选合适的C3、C4、C5。为了满足上下范围可调，所以取C3=68pf、C4=5.6pf、C5=可调20pf。

7、按照第6部取得的值焊接上C3、C4、C5，并且利用陶瓷螺丝刀调整C5使得实际天线的实部达到50。接着继续看串联电容，还是利用史密斯圆图工具，得出串联的电容值为28.2pf。同样，为了满足上下范围可调，所以取C1=5.6pf、C2=20pf、C6=可调10pf。

8、同样焊接上C1、C2、C6，然后利用陶瓷螺丝到调整C6，观察频谱仪使得天线虚部为0，这样50欧姆的天线就制作完成了。然后测试，那这个天线接收读头，实际测试距离可达8cm。注意：天线距离与天线半径密切相关。