摘要：本文基于MICROCHIP公司生产的rfPIC12F675芯片，提出了一种微小型天线的设计方法及其调试技术。通过设计rfPIC12F675的天线原理图和PCB板图，阐述了PCB板上环形天线的设计方法、参数确定途径、调试方法和设计PCB板时应该注意的问题。试验表明，该设计使天线能够有效地将信号发射出去，并且具有体积小，功耗低和效率高等显著优点。
主题词：环形天线； rfPIC；无线通信； RF

1  引言

随着无线通信技术的发展和应用，低功耗、便携式微小型无线通信产品也日益受到消费者的青睐。为了能使微小型的无线通信产品收发数据效率更高，提高产品的实用性和可靠性，设计了一种针对于rfPIC12F675基于PCB板的环形天线。天线是将无线电发射机输出的射频信号功率由电磁波的形式辐射出去的一个重要的无线电设备。

目前，有许多柱式天线或其他体积较大的外置天线。为了在保证传输效率的情况下，减小天线的体积和降低功耗，将天线设计在PCB板上，以适合于低功耗、便携式的无线通信产品的需求。该设计基于MICROCHIP公司的发射芯片，其内部集成了压控晶振VCO和锁相环PLL等电路，简化了无线通信中其他电路的设计，降低整体设计难度和设计成本，同时提高了系统的电磁兼容能力和可靠性。该系统采用的RF芯片为rfPIC12F675，其发射功率可达10dB。此外⁽¹⁾，该单片机采用精简指令系统（RISC）、哈佛总线结构和两级流水线取指令方式，对恶劣的环境具有很强的适应性。

2 环形天线工作原理

环形天线和人体非常相似，有普通的单极或多级天线功能。再加上小型环形天线的体积小、高可靠性和低成本，使其成为微小型通信产品的理想天线。典型的环形天线由电路板上的铜走线组成的电回路构成，也可能是一段制作成环形的导线。其等效电路相当于两个串连电阻与一个电感的串连（如图1所示）。R_rad是环形天线实际发射能量的电阻模型，它消耗的功率就是电路的发射功率。假设流过天线回路的电流为I，那么R_rad的消耗功率，即RF功率为P_radiate＝I­²·R_rad。电阻R_loss是环形天线因发热而消耗能量的电阻模型，它消耗的功率是一种不可避免的能量损耗，其大小为P_loss＝I²·R_loss。如果R_loss>R_rad，那么损耗的功率比实际发射的功率大，因此这个天线是低效的。天线消耗的功率就是发射功率和损耗功率之和。实际上，环形天线的设计几乎无法控制P_loss和P_rad，因为P_loss是由制作天线的导体的导电能力和导线的大小决定的，而P_rad是由天线所围成的面积大小决定的。

3  参数值的计算

（1） 电阻值的计算

       环形天线的发射电阻R_rad可以参考如下公式⁽²⁾：     

式中A为环形天线所围成的面积，单位为米； 为无线电的波长，可以通过发射频率和光速计算出，其单位为米。由该公式可以计算出，R_rad的大小在毫欧级的范围内。

环形天线的损耗电阻大小的公式为：

式中l为环形天线的周长，w为PCB走线的宽度，f为射线频率， ＝4 ·10^－7， 为PCB板走线的电导率，典型的铜电导率为5.7·10⁷S/m。

（2） 电感值的计算

图1中的第三个元器件就是环形天线的电感L。天线的电感性主要是磁效应而产生的结果。通常，即使是简单形状的天线的电感系数计算公式也是很难得到的。目前，计算导体电感率的公式也比较多，但一般都是比较冗长的。现给出一个简单而相对准确的公式： 。

4 电路设计

本设计使用的频率为是最常用的433.92 MHz。在调试方式上，无论ASK还是FSK，对于天线的设计方法是相同的，本设计采用的是ASK方式。采用的芯片是rfPIC12F675。

（1） 阻抗匹配

为了使天线达到发射电磁波的目的，必须对其参数进行匹配，使天线回路发生震荡。在回路中加入电容，使得天线回路阻抗值最小。在这个谐振电路（如图2所示）中，电容C的值的计算公式为：

计算该谐振电路的品质因素的公式为：