Perkara utama artikel ini.
-Antena RF terdapat dalam pelbagai bentuk, daripada antena rata yang disepadukan ke dalam cip kepada antena tembaga yang dicetak terus pada PCB.
-Apabila mencipta susun atur dengan satu atau lebih antena, adalah penting untuk memastikan bahawa blok litar berbeza PCB diasingkan antara satu sama lain.
-Apabila mereka bentuk antena RF, alat CAD harus digunakan, yang boleh membantu mereka bentuk struktur terpencil, struktur peralihan, dan juga antena bercetak untuk PCB.
Hari ini, sukar untuk membayangkan produk elektronik pengguna yang tidak termasuk antena, malah pembuka pintu garaj boleh disambungkan ke telefon bimbit melalui Bluetooth atau WiFi. Setiap kali antena RF baharu ditambahkan pada susun atur PCB, ia mewujudkan cabaran baharu untuk pereka RF, terutamanya kerana reka bentuk semasa sekali lagi memfokuskan pada kemahiran reka bentuk analog. Dengan begitu banyak ciri RF ditambah pada PCB baharu, bagaimanakah pereka boleh memastikan bahawa isyarat dalam sistem tidak rosak dan integriti isyarat dikekalkan?
Beberapa pilihan reka bentuk mudah boleh memastikan bahawa isyarat RF tidak dilemahkan oleh komponen digital berdekatan, tetapi juga akan membantu mencegah gangguan antara berbilang isyarat analog. Walaupun terdapat banyak aspek reka bentuk RF yang perlu dipertimbangkan semasa mereka bentuk isyarat campuran atau sistem RF penuh, reka bentuk dan susun atur antena mungkin merupakan dua yang paling penting. Di bawah ini kita belajar tentang reka bentuk antena RF dalam susun atur PCB dan cara memastikan integriti isyarat analog.
Asas Reka Bentuk Antena RF
Apabila mereka bentuk antena tersuai atau memilih antena COTS untuk PCB RF, terdapat beberapa perkara asas yang perlu diikuti. Semua antena RF mempunyai beberapa ciri khas yang harus dipertimbangkan semasa fasa reka bentuk. Setiap antena perlu mempunyai komponen berikut.
-Radiator pengalir terapung: unit antena yang digunakan untuk memancarkan sinaran.
-Satah rujukan: satah rujukan atau unit antena membantu menentukan arah struktur antena dalam setiap mod antena.
-Feedline: feedline digunakan untuk mengangkut isyarat input daripada elemen RF ke unit antena pemancar.
-Rangkaian pemadanan impedans: Antena biasanya mempunyai impedans kira-kira 10 ohm dan oleh itu perlu dipadankan dengan impedans garis suapan untuk mengelakkan pantulan dan memastikan pemindahan kuasa maksimum pada frekuensi dan lebar jalur pembawa yang dikehendaki.
Banyak reka bentuk antena standard telah dikaji dengan baik. Banyak reka bentuk rujukan boleh didapati di Internet, yang kemudiannya boleh disalin ke dalam susun atur PCB anda sendiri. Kami juga boleh menemui banyak formula reka bentuk untuk struktur antena standard dalam buku teks kejuruteraan gelombang mikro. Akhir sekali, jika seseorang ingin menggunakan antena COTS RF, terdapat banyak reka bentuk murah yang terdapat di pasaran. Tidak kira antena RF yang anda pilih untuk digunakan, ia perlu diletakkan dengan teliti dalam susun atur untuk mengelakkan gangguan antara pelbagai bahagian papan.
Petua susun atur antena RF
Selepas mereka bentuk antena, anda perlu menentukan di mana pada PCB anda harus meletakkannya. Pereka RF boleh mendapatkan beberapa petua daripada pereka isyarat campuran (kebanyakan papan RF sebenarnya adalah papan isyarat bercampur) untuk mengelakkan gangguan antara bahagian hadapan, hujung belakang dan digital RF.
-Sinaran cekap: direka untuk memastikan bahawa sinaran daripada unit antena meninggalkan papan dan tidak diambil oleh struktur lain dalam susun atur PCB.
-Pengasingan: Sekali lagi, kami tidak mahu beberapa bahagian susun atur PCB mengganggu secara langsung antara satu sama lain.
-Keserasian Elektromagnet (EMC): Akhir sekali, adalah perlu untuk memastikan bahawa susun atur tidak menerima isyarat daripada peranti lain yang mungkin mengeluarkan isyarat dalam julat frekuensi yang luas.
Dalam reka bentuk sebenar PCB, kebanyakan matlamat reka bentuk bersaing, tetapi terdapat dua perkara penting untuk diikuti yang akan membantu mengimbangi matlamat reka bentuk ini.
Simpan blok litar berasingan antara satu sama lain dalam susun atur PCB
Ini ialah titik reka bentuk PCB isyarat campuran asas, dan ia juga digunakan pada susun atur antena RF. Bahagian antena perlu diletakkan pada papan dan diasingkan daripada blok litar lain. Secara umum, lebih baik meletakkan bahagian antena dekat dengan tepi papan dan jauh dari komponen analog lain. Ini mengehadkan sinaran kuat ke satu lokasi di papan dan memastikan gangguan minimum antara bahagian.
Cabaran dengan meshing adalah untuk memastikan bahawa laluan balik bahagian yang berbeza tidak mengganggu antara satu sama lain, yang sebaliknya akan membawa kepada gandingan hingar dan crosstalk. Menggunakan penyelesai medan yang disepadukan dalam alat reka bentuk PCB termaju akan membantu untuk mengesan penyimpangan dalam laluan pemulangan semasa membuat reka letak. Untuk reka bentuk frekuensi tinggi, gunakan struktur satah tanah yang berterusan untuk memastikan laluan balik yang konsisten.
Bahagian antena terpencil
Telefon selular moden dan peranti rangkaian data berkelajuan tinggi menggunakan struktur pengasingan kreatif yang telah menjadi standard emas untuk teknologi pengasingan RF. Secara ringkasnya, pengasingan ialah penempatan beberapa pelindung di sekeliling komponen sensitif RF pada papan untuk menghentikan perambatan gelombang antara pemancar dan penerima. Jadual di bawah menerangkan beberapa struktur yang boleh digunakan dalam bahagian antena RF untuk mengasingkan komponen, saluran suapan dan antena, atau untuk mengasingkan sumber hingar luaran.
Struktur pengasingan biasanya diletakkan di antara komponen RF untuk mengelakkan gandingan hingar dan pertukaran kuasa di antara mereka. Menentukan struktur pengasingan yang hendak digunakan untuk memastikan integriti isyarat antena RF ialah masalah reka bentuk yang kompleks yang telah dikaji secara menyeluruh oleh industri. Jika kami bukan pakar dalam penyepaduan elips, kami perlu bergantung pada penyelesai medan elektromagnet (EM) untuk menentukan cara struktur ini mempengaruhi impedans garis suapan/ antena RF, dan tahap pengasingan yang disediakan oleh struktur ini.
Jika penyelesai medan EM digunakan, simulasi medan dekat dan medan jauh boleh digunakan untuk menentukan kawasan susun atur PCB di mana pelepasan kuat berlaku. Setelah kawasan ini dikenal pasti, bersama-sama dengan frekuensi yang dipancarkan, ia akan membantu menentukan jenis strategi pengasingan yang harus digunakan. Adalah lebih baik untuk menggunakan domain frekuensi secara langsung (kaedah FDFD) daripada menggunakan transformasi Fourier untuk menukar hasil FDTD.
Reka bentuk antena RF dan penciptaan susun atur memerlukan perhatian tambahan terhadap perincian, jadi wajar untuk mengambil perhatian lebih untuk memastikan pengasingan dan integriti isyarat reka bentuk RF.
