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Sub-1G天线设计复盘
资料介绍
Sub-1G天线设计常见错误与纠正方法 ::: {align="center"} 本文档复盘一款 Sub-1G 无线模块天线在量产前反复出现通信距离不足的完整案例，以工程师笔记体例记录。 ::: 现象描述 项目是一款基于 Sub-1G 频段的无线数据采集模块，工作频率在 433MHz 与 868MHz 两个频段可选，用于楼宇自控里的温湿度、水表、电表数据回传。模块体积受限，天线采用 PCB 板载天线，不接外置天线。样机在实验室空旷环境下测试，通信距离勉强达标，但一进真实楼宇环境，有效距离急剧缩短，丢包率明显上升。 最初大家把问题归咎于楼宇环境的遮挡和反射，认为是物理环境所限，属于"正常损耗"。但随着同一批样机在产线抽测时出现距离不一致的情况，问题开始被严肃对待——有的样机通得远，有的样机通得近，同一设计不同结果，这已经超出了环境能解释的范畴。团队决定把它当成设计问题来排查。 这里要特别说明，通信距离不足类的问题，最忌讳一开始就归因于环境。环境确实有影响，但如果把设计上的缺陷也一并"归功"于环境，就会掩盖真正的病灶，导致问题带着进入量产，直到现场大面积爆发才追悔莫及。 数据采集 排查的第一步，是采集尽可能完整的射频数据。我们用网络分析仪测量了 PCB 天线的 S11 回波损耗、阻抗、谐振频率和辐射方向图；用频谱仪测了模块发射端的输出功率和频谱纯度；又用标准外置天线作对照，对比板载天线的实际辐射效率。 实测结果很快暴露出问题。板载天线在标称 868MHz 的中心频率附近，S11 曲线没有出现在预期频点的深谐振，谐振点明显偏移了十几兆赫；而在 433MHz 频段，谐振又偏到了另一侧。也就是说，这个天线名义上宣称支持双频段，实际上两个频段的谐振都没落在最佳点上，两个频段都处在谐振失配的状态。
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