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ZigBee模块天线设计

· 对于短距离无线通信设备（SRD， short range devices）来说，天线的设计关系到通信距离的问题。辐射模型、增益、阻抗匹配、带宽、尺寸和成本等因素，会影响我们对于天线的选择和设计。目前，国内普通的ZigBee芯片均工作在2.4G频段，也就是ISM频段。工作于这个频段的无线技术很多，常见的还有Bluetooth（蓝牙），Wi-Fi（无线局域网）等。那么，如何设计我们所需要的天线呢。这里我们就讨论一下这个问题。
　　一般来说，在这个频段，我们可以选择的天线有PCB天线、Chip天线和Whip天线。具体的形状如下图1所示：

　　图1：PCB天线、Chip天线和Whip天线示意图

· 这三种天线的优劣如下：
　　天线类型优点缺点
　　PCB天线低成本；可以达到较好的性能；在频率高的情况下尺寸小尺寸小、效率高的天线设计困难；在频率低情况下尺寸较大
　　Chip天线体积小性能中等、成本中等
　　Whip天线性能好成本高、很多情况下不适用
　　天线又可以分为单端天线和差分天线这两种：单端天线又可以称为非平衡天线，差分天线也可以称为平衡天线。单端天线主要依靠一个ground为参考的信号，它的特征阻抗一般为50欧姆。但是，有好多RF IC具有差分的RF口，因此，如果使用单端天线的话，就需要有一个电路来改变这种特性，这个电路就称为balun（通常说的平衡/非平衡变压器）。单端天线和双端天线的实例如下图2所示：

　　图2：单端天线和双端天线图
　　PCB天线设计难度较大，通常还需要仿真工具的支持。为了得到一个最优的设计，做仿真就会很花时间和精力。因此，一般我们都是原封不动的按照芯片厂商给出的参考设计来做。Chip天线可以用在天线空间比较小的场景中，即使频率低于1GHz。和PCB天线相比，Chip天线就增加了BOM（Bill of Material），并且还要增加贴片的成本。Whip天线性能比较好，但是相比于前面的PCB天线和Chip天线来说，成本较高、尺寸较大，而且，通常需要一个连接座。一般来说，这种天线都是全向天线。
　　对于CC2430来说，PCB天线不失为一种较经济的选择。而且，通信距离也可以满足一般的要求。下图3是CC2430开发板倒F天线的PCB图：

· 可以从图中看出来，这种倒F天线是单端天线，也就是非平衡天线，我们需要balun。同样，TI也给出了微带balun的设计参考，下图4是微带balun的PCB：

　　图4：TI CC2430微带balun的PCB图
　　Freescale的MC13213开发板也采用了类似的倒F天线，不过Freescale开发板采用了balun器件，需要增加一定的BOM。
　　我们可以按照具体的情况来选择天线，主要综合性能、尺寸和成本这三个因素。