Galvenie šī raksta punkti.
-RF antenas ir dažādos veidos, sākot no plakanām antenām, kas integrētas mikroshēmā, līdz vara antenām, kas drukātas tieši uz PCB.
-Veidojot izkārtojumu ar vienu vai vairākām antenām, ir svarīgi nodrošināt, lai dažādie PCB ķēžu bloki būtu izolēti viens no otra.
-Izstrādājot RF antenu, jāizmanto CAD rīki, kas var palīdzēt izveidot izolētas struktūras, pārejas struktūras un pat drukātas PCB antenas.
Mūsdienās ir grūti iedomāties plaša patēriņa elektronikas produktu, kurā nav antenas, un pat garāžas durvju atvērējus var savienot ar mobilo tālruni, izmantojot Bluetooth vai WiFi. Katru reizi, kad PCB izkārtojumam tiek pievienota jauna RF antena, tas rada jaunus izaicinājumus RF dizaineriem, jo īpaši tāpēc, ka pašreizējie dizaini atkal koncentrējas uz analogā dizaina prasmēm. Tā kā jaunajiem PCB ir pievienots tik daudz RF funkciju, kā dizaineri var nodrošināt, ka signāls sistēmā netiek bojāts un tiek saglabāta signāla integritāte?
Dažas vienkāršas konstrukcijas izvēles var nodrošināt, ka RF signālus nevājina tuvumā esošie digitālie komponenti, bet arī palīdzēs novērst traucējumus starp vairākiem analogajiem signāliem. Lai gan ir daudzi RF dizaina aspekti, kas jāņem vērā, izstrādājot jauktu signālu vai pilnas RF sistēmu, antenas dizains un izkārtojums, iespējams, ir divi vissvarīgākie. Zemāk mēs uzzinām par RF antenas dizainu PCB izkārtojumā un to, kā nodrošināt analogā signāla integritāti.
RF antenas dizaina pamati
Izstrādājot pielāgotu antenu vai izvēloties COTS antenu RF PCB, ir jāievēro vairāki pamata punkti. Visām RF antenām ir dažas īpašas īpašības, kas jāņem vērā projektēšanas posmā. Katrai antenai ir jābūt šādām sastāvdaļām.
- Peldošs vadošs radiators: antenas bloks, ko izmanto starojuma izstarošanai.
-Atsauces plakne: antenas atskaites plakne vai vienība palīdz noteikt antenas struktūras virzienu katrā antenas režīmā.
-Feedline: padeves līnija tiek izmantota, lai transportētu ievades signālu no RF elementa uz izstarojošo antenu.
- Pretestības saskaņošanas tīkls: antenas pretestība parasti ir aptuveni 10 omi, un tāpēc tā ir jāsaskaņo ar barošanas līnijas pretestību, lai novērstu atstarojumus un nodrošinātu maksimālu jaudas pārvadi vēlamajā nesējfrekvenci un joslas platumu.
Daudzi standarta antenu modeļi ir labi izpētīti. Internetā var atrast daudzus atsauces dizainus, kurus pēc tam var iekopēt savā PCB izkārtojumā. Daudzas dizaina formulas standarta antenu konstrukcijām varam atrast arī mikroviļņu inženierijas mācību grāmatās. Visbeidzot, ja kāds vēlas izmantot COTS RF antenu, tirgū ir pieejami daudzi lēti modeļi. Neatkarīgi no tā, kuru RF antenu izvēlaties izmantot, tā ir rūpīgi jānovieto izkārtojumā, lai novērstu traucējumus starp dažādām paneļa daļām.
RF antenas izkārtojuma padomi
Pēc antenas projektēšanas jums ir jānosaka, kur tā jānovieto PCB. RF dizaineri var saņemt dažus padomus no jauktu signālu projektētājiem (lielākā daļa RF plates faktiski ir jauktu signālu plates), lai novērstu traucējumus starp RF priekšgalu, aizmuguri un digitālajām sekcijām.
-Efektīvs starojums: paredzēts, lai nodrošinātu, ka antenas bloka starojums atstāj plati un to neuztver citas PCB izkārtojuma struktūras.
-Izolācija: mēs atkal nevēlamies, lai vairākas PCB izkārtojuma daļas tieši traucētu viena otrai.
-Elektromagnētiskā saderība (EMC): Visbeidzot, ir jānodrošina, lai izkārtojums nesaņem signālus no citām ierīcēm, kas var izstarot signālus plašā frekvenču diapazonā.
Faktiskajā PCB dizainā lielākā daļa dizaina mērķu konkurē, taču ir jāievēro divi galvenie punkti, kas palīdzēs līdzsvarot šos dizaina mērķus.
Saglabājiet ķēdes blokus atsevišķi vienu no otra PCB izkārtojumā
Šis ir pamata jaukta signāla PCB projektēšanas punkts, un tas attiecas arī uz RF antenas izkārtojumu. Antenas daļa ir jānovieto uz tāfeles un jāatdala no citiem ķēdes blokiem. Parasti antenas daļu vislabāk ir novietot tuvu plates malai un tālāk no citiem analogiem komponentiem. Tas ierobežo spēcīgo starojumu vienā vietā uz tāfeles un nodrošina minimālus traucējumus starp sekcijām.
Savienojuma uzdevums ir nodrošināt, lai dažādu posmu atgriešanās ceļi netraucētu viens otram, kas pretējā gadījumā izraisītu trokšņu savienojumu un šķērsrunu. Uzlabotajā PCB projektēšanas rīkā integrētā lauka risinātāja izmantošana palīdzēs noteikt novirzes atgriešanās ceļā, veidojot izkārtojumu. Augstfrekvences konstrukcijām izmantojiet nepārtrauktas iezemētas plaknes struktūru, lai nodrošinātu konsekventu atgriešanās ceļu.
Izolētas antenas sekcijas
Mūsdienu mobilajos tālruņos un ātrdarbīgās datu tīkla ierīcēs tiek izmantotas radošas izolācijas struktūras, kas ir kļuvušas par RF izolācijas tehnoloģiju zelta standartu. Gluži vienkārši, izolācija ir dažu ekranējumu novietošana ap RF jutīgajiem komponentiem uz paneļa, lai apturētu viļņu izplatīšanos starp raidītāju un uztvērēju. Tālāk esošajā tabulā ir aprakstītas dažas struktūras, kuras var izmantot RF antenas sadaļā, lai izolētu komponentus, barošanas līnijas un antenas vai izolētu ārējos trokšņu avotus.
Izolācijas struktūras parasti tiek novietotas starp RF komponentiem, lai novērstu trokšņu savienojumu un strāvas apmaiņu starp tām. Noteikt, kuru izolācijas struktūru izmantot, lai nodrošinātu RF antenas signāla integritāti, ir sarežģīta dizaina problēma, ko nozare ir rūpīgi pētījusi. Ja mēs neesam eliptiskās integrācijas eksperti, mums jāpaļaujas uz elektromagnētisko (EM) lauka risinātājiem, lai noteiktu, kā šīs struktūras ietekmē barošanas līnijas/RF antenas pretestību un izolācijas līmeni, ko šīs struktūras nodrošina.
Ja tiek izmantots EM lauka risinātājs, tuva lauka un tālā lauka simulācijas var izmantot, lai noteiktu PCB izkārtojuma apgabalus, kuros rodas spēcīgas emisijas. Kad šīs zonas ir noteiktas kopā ar izstarotajām frekvencēm, tas palīdzēs noteikt, kāda veida izolācijas stratēģija būtu jāizmanto. FDTD rezultātu konvertēšanai vislabāk ir izmantot frekvenču domēnu tieši (FDFD metode), nevis Furjē transformāciju.
RF antenas dizains un izkārtojuma izveide prasa īpašu uzmanību detaļām, tāpēc ir lietderīgi īpaši rūpēties, lai nodrošinātu RF dizaina izolāciju un signāla integritāti.
