使用VNA检查PCB射频通路并完成天线PI匹配

这篇文章只解决一个问题：VNA线已经焊到射频芯片旁边，PCB也预留了PI焊盘，下一步该接什么、焊什么、看什么。

先选任务。只选一行，后面按对应章节操作。

固定外接天线和板载天线使用同一套匹配步骤。两者只在“实际天线怎么接入”这里不同。

如果使用已经带射频匹配的无线模块，通常从模块的ANT端开始测。使用裸射频芯片时，先照官方参考电路完成芯片侧匹配，再从官方标出的50 Ω端口往天线方向测。

本文实测范围为470MHz至510MHz，重点频点为490MHz。

1. VNA接线与扫频设置

VNA不能承受无线芯片的发射功率，测量前先把芯片与这段射频通路断开。

1. 关闭PCB电源，拆下射频芯片或无线模块，也可以断开其RF引脚与测量点之间的连接
2. 把VNA射频线的芯线焊到原来的ANT信号焊盘
3. 把射频线的屏蔽层焊到信号焊盘旁边的GND
4. 在VNA上设置470MHz至510MHz扫频范围，并把标记放在490MHz
5. 焊元件前断开VNA；校准完成后不再移动射频线和焊点

图中馈线#4接信号，屏蔽层#5接GND。射频线尽量短，屏蔽层的接地点尽量靠近信号焊盘。

2. 在第一个PI焊盘完成三次校准

射频线、焊点和转接头都会带来误差。先让VNA记住三个已知状态，后面的读数就从焊盘#1开始计算。

校准时，焊盘#2和焊盘#3一直保持空白，只操作靠近芯片的并联焊盘#1：

1. 焊盘#1什么都不焊，在VNA上执行OPEN，也就是开路校准
2. 焊盘#1用0 Ω（0R）接地，在VNA上执行SHORT，完成后取下电阻
3. 焊盘#1用50 Ω（50R）接地，在VNA上执行LOAD
4. 保存校准配置，取下50R，让三个PI焊盘重新回到空白状态

VNA菜单常把这三步写成OPEN / SHORT / LOAD，缩写为OSL。记住“空着、接地、接50R”就够了。

普通贴片0R和50R只能完成近似板级校准，适合排查PCB和调试匹配。需要更高精度时，应使用经过表征的板级校准件。

移动射频线、更换转接头、返修焊点或改变扫频范围后，重新做这三步。

3. 检查PCB通路时接50Ω假负载

这项任务只检查芯片焊盘到外部天线接口之间的PCB通路，先不接天线。

1. 在串联位置焊盘#2焊0R，两个并联位置焊盘#1和焊盘#3保持空白
2. 在外部天线接口上接一个质量可靠的50 Ω假负载
3. 查看490MHz的阻抗和S11，再扫一遍470MHz至510MHz；S11表示反射大小，dB数值越负，反射越小
4. 史密斯图接近圆心、阻抗接近50 + j0 Ω时，板上通路通过检查；这里的目标是实部接近50、电抗接近0
5. 偏差明显时，先检查走线尺寸、参考地、接地过孔、天线接口和焊接

假负载给出了一个已知的50 Ω终点。此时出现的额外偏差主要来自PCB走线、焊盘、天线接口和接地结构。

当前PCB无法改版，并且只要求较窄频段时，可以保持假负载连接，继续使用第5节的方法调整PI。这只能补偿当前板子在目标频段的端口阻抗，无法改变微带线本身的特性阻抗。

通过检查后，取下假负载，再接符合规格的外部天线进行整机验证。外部天线型号、馈线或安装方式发生变化时，需要重新验证。

4. 匹配整套天线时接最终天线

这项任务测的是最终产品，天线、馈线、PCB和外壳都要保持实际使用状态。

• 固定外接天线：接上量产使用的天线和馈线，装好最终外壳，并固定馈线走向
• 板载天线：保留板载辐射体、PCB地、净空区、电池和最终外壳
• 可能更换的外接天线：先执行第3节，只把PCB端口做好并逐款验证天线

接好实际天线后执行下面的步骤：

1. 焊盘#2焊0R，焊盘#1和焊盘#3保持空白
2. 把天线和馈线摆到产品中的实际位置
3. 在490MHz读取初始复阻抗，例如10.50 + j44.00 Ω；j后面的数是电抗，正号表示偏感性，负号表示偏容性
4. 记录读数和史密斯图位置
5. 保持天线、馈线和外壳不动，进入第5节调整PI元件

图中样品标有LoRa M433。用于490MHz前，应先确认天线规格覆盖470MHz至510MHz。天线规格不覆盖目标频率时，PI只能改善端口反射，无法保证辐射效率。

5. 按史密斯图调整PI元件

PI网络有三个焊盘，不代表三个位置都要焊元件。初始状态只在中间串联位置焊0R。

调试时一次只改一个元件：

1. 把VNA测得的初始复阻抗填入在线史密斯圆图工具
2. 按PCB上的实际顺序添加元件；本文先调整焊盘#2的串联元件，再调整焊盘#1的并联元件
3. 只焊第一个元件并重新测量，不要一次焊完两个计算值
4. 把新读数重新填入工具，再选择第二个元件
5. 每换一次元件都复测目标频点和整个工作频段

下面是本文490MHz的实测过程。元件值只适用于这块PCB、这根天线和当时的安装状态，不能直接照抄到其他产品。

初始读数为Z=10.50 + j44.00 Ω。先把它填入工具的BLACK BOX。

理想模型给出的起始组合为：焊盘#2串联15pF电容，焊盘#1并联12pF电容。

两个元件焊好后，VNA实测约为48 - j24 Ω，没有落到理想模型的位置。把这个实测点作为新标记加入工具。

焊盘、过孔、走线和器件封装都会产生寄生参数。工具中的ESL在这里用于拟合整段实物的综合影响，不能直接当成电容本体的标称ESL。

拟合后，并联电容从12pF改为10pF，模型重新回到圆心附近。

6. 用整段频率和最终外壳验收

本文最终在490MHz得到以下读数：

单点读数通过后，再完成四项检查：

1. 扫描470MHz至510MHz，记录最差的S11或最大的驻波比
2. 装上最终外壳、电池和其他结构件后复测
3. 固定外接天线时，按量产馈线走向和安装姿态复测
4. 使用辐射效率、增益或通信距离测试确认整机性能

良好的S11只说明端口反射较小。天线效率和通信距离仍需单独测试。

新手常见问题

外接天线为什么常先接50Ω假负载？

假负载是已知的50 Ω终点，可以先把PCB走线和天线接口单独检查出来。天线可能更换时，板上PI不会被某一根样品天线的偏差带走。

固定外接天线可以直接参与匹配吗？

可以。量产天线、馈线和安装方式固定时，直接接上最终天线调整PI，得到整套产品的匹配值。任何一项发生变化后都要重新验证。

板载天线为什么从第一次测量就要保留？

板载辐射体、PCB地、净空区和外壳共同决定输入阻抗。拆掉板载天线或换成假负载后，VNA测到的是另一套负载。

PI网络能把错误的微带线改成50Ω吗？

不能。微带线的特性阻抗由线宽、铜厚、介质厚度、介电常数和参考地决定。PI可以让VNA在目标频段看到接近50 Ω的输入阻抗，这属于窄带端口补偿。下一版PCB仍应修正走线和叠层。

拆下射频芯片后，VNA测到什么？

VNA测到焊盘#1往天线方向的无源网络，包括PI元件、走线、天线接口、馈线和天线。这个读数不包含已经拆下的射频芯片。

本文由 AI 辅助生成，可能存在错误或遗漏，请以实际资料和官方文档为准。