Punctele cheie ale acestui articol.
-Antenele RF vin în multe forme, de la antene plate integrate în cip până la antene din cupru imprimate direct pe PCB.
- Când creați un aspect cu una sau mai multe antene, este important să vă asigurați că diferitele blocuri de circuite ale PCB-ului sunt izolate unele de altele.
-La proiectarea unei antene RF, ar trebui utilizate instrumente CAD, care pot ajuta la proiectarea structurilor izolate, a structurilor de tranziție și chiar a antenelor imprimate pentru PCB.
Astăzi, este greu de imaginat un produs electronic de larg consum care să nu includă o antenă, iar chiar și dispozitivele de deschidere a ușilor de garaj pot fi conectate la un telefon mobil prin Bluetooth sau WiFi. De fiecare dată când se adaugă o antenă RF nouă la un aspect PCB, aceasta creează noi provocări pentru proiectantul RF, mai ales că modelele actuale se concentrează din nou pe abilitățile de design analogic. Având în vedere că sunt adăugate atât de multe caracteristici RF la noile PCB-uri, cum pot designerii să se asigure că semnalul din sistem nu este corupt și că integritatea semnalului este menținută?
Unele alegeri simple de proiectare pot asigura că semnalele RF nu sunt slăbite de componentele digitale din apropiere, dar vor ajuta și la prevenirea interferențelor între mai multe semnale analogice. Deși există multe aspecte de design RF de luat în considerare atunci când proiectați un sistem RF cu semnal mixt sau complet, designul și aspectul antenei sunt probabil cele mai importante două. Mai jos aflăm despre proiectarea antenei RF în aspectul PCB și cum să asigurăm integritatea semnalului analogic.
Noțiuni de bază pentru proiectarea antenei RF
Când proiectați o antenă personalizată sau selectați o antenă COTS pentru un PCB RF, există câteva puncte de bază de urmat. Toate antenele RF au unele caracteristici speciale care ar trebui luate în considerare în faza de proiectare. Fiecare antenă trebuie să aibă următoarele componente.
- Radiator conductiv plutitor: unitatea de antenă folosită pentru a emite radiații.
-Plan de referință: planul de referință sau unitatea antenei ajută la determinarea direcționalității structurii antenei în fiecare mod de antenă.
-Feedline: linia de alimentare este utilizată pentru a transporta semnalul de intrare de la elementul RF la unitatea de antenă radiantă.
-Rețea de potrivire a impedanței: antena are de obicei o impedanță de aproximativ 10 ohmi și, prin urmare, trebuie să fie adaptată la impedanța liniei de alimentare pentru a preveni reflexiile și pentru a asigura transferul maxim de putere la frecvența purtătoare și lățimea de bandă dorite.
Multe modele standard de antene au fost bine studiate. Multe modele de referință pot fi găsite pe Internet, care pot fi apoi copiate în propriul layout PCB. De asemenea, putem găsi multe formule de proiectare pentru structurile standard de antene în manualele de inginerie cu microunde. În cele din urmă, dacă doriți să utilizați o antenă RF COTS, există multe modele ieftine disponibile pe piață. Indiferent de antena RF pe care o alegeți să utilizați, aceasta trebuie să fie plasată cu atenție în aspect pentru a preveni interferențele între diferitele părți ale plăcii.
Sfaturi de aranjare a antenei RF
După proiectarea antenei, trebuie să determinați unde pe PCB ar trebui să o plasați. Designerii RF pot obține câteva sfaturi de la designeri de semnal mixt (majoritatea plăcilor RF sunt de fapt plăci de semnal mixt) pentru a preveni interferențele dintre front-end, back-end și secțiunile digitale RF.
- Radiație eficientă: concepută pentru a se asigura că radiația de la unitatea de antenă părăsește placa și nu este preluată de alte structuri din configurația PCB.
-Izolare: Din nou, nu dorim ca mai multe părți ale aspectului PCB să interfereze direct unele cu altele.
-Compatibilitate electromagnetică (EMC): În cele din urmă, este necesar să se asigure că aspectul nu primește semnale de la alte dispozitive care pot emite semnale într-o gamă largă de frecvențe.
În proiectarea propriu-zisă a unui PCB, majoritatea obiectivelor de proiectare sunt concurente, dar există două puncte cheie de urmat care vor ajuta la echilibrarea acestor obiective de proiectare.
Păstrați blocurile de circuite separate unele de altele în configurația PCB
Acesta este un punct de proiectare de bază pentru PCB cu semnal mixt și se aplică și aspectului antenei RF. Secțiunea de antenă trebuie să fie plasată pe placă și separată de celelalte blocuri de circuite. În general, cel mai bine este să plasați secțiunea antenei aproape de marginea plăcii și departe de alte componente analogice. Acest lucru limitează radiația puternică la o singură locație de pe placă și asigură o interferență minimă între secțiuni.
Provocarea cu ochiurile este de a se asigura că căile de întoarcere ale diferitelor secțiuni nu interferează între ele, ceea ce altfel ar duce la cuplarea zgomotului și la diafonie. Utilizarea solutorului de câmp integrat în instrumentul avansat de proiectare PCB va ajuta la detectarea abaterilor în calea de întoarcere la crearea aspectului. Pentru proiecte de înaltă frecvență, utilizați o structură continuă a planului de masă pentru a asigura o cale de întoarcere consistentă.
Secțiuni izolate de antenă
Telefoanele mobile moderne și dispozitivele de rețea de date de mare viteză folosesc structuri creative de izolare care au devenit standardul de aur pentru tehnologia de izolare RF. Pur și simplu, izolarea este plasarea unor ecrane în jurul componentelor sensibile la RF de pe placă pentru a opri propagarea undelor între emițător și receptor. Tabelul de mai jos descrie unele dintre structurile care pot fi utilizate în secțiunea de antenă RF pentru a izola componente, linii de alimentare și antene sau pentru a izola sursele externe de zgomot.
Structurile de izolare sunt de obicei plasate între componentele RF pentru a preveni cuplarea zgomotului și schimbul de putere între ele. Determinarea structurii de izolare care să fie utilizată pentru a asigura integritatea semnalului antenei RF este o problemă complexă de proiectare care a fost studiată temeinic de către industrie. Dacă nu suntem experți în integrarea eliptică, trebuie să ne bazăm pe solutorii de câmp electromagnetic (EM) pentru a determina modul în care aceste structuri afectează impedanța liniei de alimentare/antenei RF și nivelul de izolare pe care îl oferă aceste structuri.
Dacă se folosește un solutor de câmp EM, se pot folosi simulări în câmp apropiat și în câmp îndepărtat pentru a determina zonele configurației PCB unde apar emisii puternice. Odată ce aceste zone sunt identificate, împreună cu frecvențele emise, va ajuta la determinarea tipului de strategie de izolare care trebuie utilizat. Cel mai bine este să utilizați domeniul de frecvență direct (metoda FDFD) decât să utilizați transformarea Fourier pentru a converti rezultatele FDTD.
Proiectarea antenei RF și crearea aspectului necesită o atenție sporită la detalii, așa că este logic să aveți grijă suplimentară pentru a asigura izolarea și integritatea semnalului designului RF.
