Ключові моменти цієї статті.
-РЧ антени бувають різних форм, від плоских антен, вбудованих у чіп, до мідних антен, надрукованих безпосередньо на друкованій платі.
-Під час створення схеми з однією або кількома антенами важливо переконатися, що різні схемні блоки друкованої плати ізольовані один від одного.
-Під час проектування радіочастотної антени слід використовувати інструменти САПР, які можуть допомогти в розробці ізольованих структур, перехідних структур і навіть друкованих антен для друкованої плати.
Сьогодні важко уявити продукт побутової електроніки, який не має антени, і навіть двері гаража можна підключити до мобільного телефону через Bluetooth або WiFi. Кожен раз, коли нова РЧ антена додається до компоновки друкованої плати, це створює нові проблеми для РЧ-дизайнера, тим більше, що поточні проекти знову зосереджені на навичках аналогового проектування. З такою кількістю радіочастотних функцій, які додаються до нових друкованих плат, як розробники можуть гарантувати, що сигнал у системі не пошкоджений і що цілісність сигналу зберігається?
Деякі прості варіанти дизайну можуть гарантувати, що РЧ-сигнали не будуть ослаблені сусідніми цифровими компонентами, але також допоможуть запобігти перешкодам між кількома аналоговими сигналами. Хоча є багато аспектів дизайну РЧ, які слід враховувати при проектуванні системи змішаного сигналу або повної РЧ-системи, дизайн і розташування антени, ймовірно, є двома найважливішими. Нижче ми дізнаємося про дизайн РЧ антени в компоновці друкованої плати та про те, як забезпечити цілісність аналогового сигналу.
Основи проектування РЧ антени
При розробці спеціальної антени або виборі антени COTS для РЧ друкованої плати слід дотримуватися кількох основних моментів. Усі радіочастотні антени мають деякі особливі характеристики, які слід враховувати на етапі проектування. Кожна антена повинна мати наступні компоненти.
-Плаваючий провідний радіатор: антенний блок, який використовується для випромінювання.
-Опорна площина: опорна площина або блок антени допомагає визначити спрямованість структури антени в кожному режимі антени.
- Feedline: лінія живлення використовується для транспортування вхідного сигналу від радіочастотного елемента до випромінюючої антени.
- Мережа узгодження імпедансу: антена зазвичай має опір близько 10 Ом, і тому її потрібно узгодити з опором лінії живлення, щоб запобігти відбиттям і забезпечити максимальну передачу потужності на бажаній несучій частоті та пропускній здатності.
Багато стандартних конструкцій антен добре вивчені. Багато еталонних дизайнів можна знайти в Інтернеті, які потім можна скопіювати у свій власний макет друкованої плати. У підручниках з мікрохвильової техніки також можна знайти багато формул проектування стандартних антенних конструкцій. Нарешті, якщо хтось хоче використовувати РЧ антену COTS, на ринку є багато недорогих конструкцій. Незалежно від того, яку радіочастотну антену ви виберете для використання, її потрібно акуратно розмістити в макеті, щоб запобігти перешкодам між різними частинами плати.
Поради щодо розташування радіочастотної антени
Після розробки антени необхідно визначити, де на друкованій платі її розмістити. РЧ-дизайнери можуть отримати поради від дизайнерів змішаних сигналів (більшість РЧ плат насправді є платами зі змішаними сигналами), щоб запобігти перешкодам між РЧ-передньою, внутрішньою та цифровою секціями.
-Ефективне випромінювання: призначене для забезпечення того, щоб випромінювання від антенного блоку залишало плату і не вловлювалося іншими структурами в компоновці друкованої плати.
-Ізоляція: знову ж таки, ми не хочемо, щоб декілька частин компоновки друкованої плати безпосередньо заважали одна одній.
-Електромагнітна сумісність (EMC): Нарешті, необхідно переконатися, що макет не отримує сигнали від інших пристроїв, які можуть випромінювати сигнали в широкому діапазоні частот.
У фактичному дизайні друкованої плати більшість цілей проектування конкурують, але слід дотримуватися двох ключових моментів, які допоможуть збалансувати ці цілі проектування.
Тримайте схемні блоки окремо один від одного в схемі друкованої плати
Це базова точка розробки друкованої плати зі змішаним сигналом, і вона також стосується компонування радіочастотної антени. Антенну секцію потрібно розмістити на платі і відокремити від інших схемних блоків. Загалом, найкраще розташувати секцію антени близько до краю плати та подалі від інших аналогових компонентів. Це обмежує сильне випромінювання в одному місці на платі та забезпечує мінімальні перешкоди між секціями.
Проблема при створенні сітки полягає в тому, щоб переконатися, що зворотні шляхи різних секцій не заважають один одному, що в іншому випадку призведе до шумового сполучення та перехресних перешкод. Використання вирішувача поля, інтегрованого в удосконалений інструмент проектування друкованих плат, допоможе виявити відхилення в зворотному шляху під час створення макета. Для високочастотних конструкцій використовуйте безперервну структуру заземлення, щоб забезпечити стабільний зворотний шлях.
Ізольовані антенні секції
Сучасні стільникові телефони та високошвидкісні мережеві пристрої передачі даних використовують креативні ізоляційні структури, які стали золотим стандартом технології РЧ ізоляції. Досить просто, ізоляція - це розміщення деякого екранування навколо чутливих до РЧ компонентів на платі, щоб зупинити поширення хвиль між передавачем і приймачем. У таблиці нижче описано деякі конструкції, які можна використовувати в секції радіочастотної антени для ізоляції компонентів, ліній живлення та антен або ізоляції зовнішніх джерел шуму.
Ізоляційні конструкції, як правило, розміщуються між РЧ-компонентами, щоб запобігти шумовому сполучення та обміну потужністю між ними. Визначення того, яку структуру ізоляції використовувати для забезпечення цілісності сигналу РЧ антени, є складною проблемою проектування, яка була ретельно вивчена промисловістю. Якщо ми не є експертами з еліптичної інтеграції, нам потрібно покладатися на вирішувачі електромагнітного (ЕМ) поля, щоб визначити, як ці структури впливають на опір живильної/РЧ антени та рівень ізоляції, який ці структури забезпечують.
Якщо використовується вирішувач ЕМ поля, моделювання ближнього та дальнього поля можна використовувати для визначення областей компоновки друкованої плати, де виникають сильні викиди. Як тільки ці області будуть визначені разом із частотами, що випромінюються, це допоможе визначити, який тип стратегії ізоляції слід використовувати. Найкраще використовувати частотну область безпосередньо (метод FDFD), а не використовувати перетворення Фур’є для перетворення результатів FDTD.
Конструкція і компонування радіочастотної антени вимагає додаткової уваги до деталей, тому має сенс приділяти особливу увагу, щоб забезпечити ізоляцію та цілісність сигналу РЧ конструкції.
