Pagrindiniai šio straipsnio punktai.
- RF antenos būna įvairių formų: nuo plokščių antenų, integruotų į lustą, iki varinių antenų, atspausdintų tiesiai ant PCB.
-Kuriant išdėstymą su viena ar keliomis antenomis, svarbu užtikrinti, kad skirtingi PCB grandinės blokai būtų izoliuoti vienas nuo kito.
-Kuriant RF anteną, reikia naudoti CAD įrankius, kurie gali padėti suprojektuoti izoliuotas struktūras, pereinamąsias struktūras ir net spausdintas PCB antenas.
Šiandien sunku įsivaizduoti plataus vartojimo elektronikos gaminį, kuriame nėra antenos, o net garažo durų atidarytuvus galima prijungti prie mobiliojo telefono per Bluetooth ar WiFi. Kiekvieną kartą, kai prie PCB išdėstymo pridedama nauja RF antena, tai sukuria naujų iššūkių RF dizaineriui, ypač dėl to, kad dabartiniai dizainai vėl yra skirti analoginio dizaino įgūdžiams. Kadangi tiek daug RF funkcijų pridedama prie naujų PCB, kaip dizaineriai gali užtikrinti, kad signalas sistemoje nebūtų sugadintas ir būtų išlaikytas signalo vientisumas?
Kai kurie paprasti dizaino pasirinkimai gali užtikrinti, kad RF signalų nesusilpnintų netoliese esantys skaitmeniniai komponentai, bet taip pat padės išvengti trukdžių tarp kelių analoginių signalų. Nors yra daug RF projektavimo aspektų, į kuriuos reikia atsižvelgti kuriant mišraus signalo arba visos RF sistemą, antenos dizainas ir išdėstymas tikriausiai yra du svarbiausi. Žemiau sužinome apie RF antenos dizainą PCB išdėstyme ir kaip užtikrinti analoginio signalo vientisumą.
RF antenos projektavimo pagrindai
Kuriant individualią anteną arba pasirenkant COTS anteną RF PCB, reikia laikytis kelių pagrindinių punktų. Visos RF antenos turi tam tikrų ypatingų savybių, į kurias reikėtų atsižvelgti projektuojant. Kiekviena antena turi turėti šiuos komponentus.
- Plūduriuojantis laidus radiatorius: antenos blokas, naudojamas spinduliuotei skleisti.
-Atskaitos plokštuma: antenos atskaitos plokštuma arba vienetas padeda nustatyti antenos struktūros kryptį kiekviename antenos režime.
-Feedline: tiekimo linija naudojama įvesties signalui pernešti iš RF elemento į spinduliuojančios antenos bloką.
-Varžos suderinimo tinklas: antenos varža paprastai yra apie 10 omų, todėl ją reikia suderinti su maitinimo linijos varža, kad būtų išvengta atspindžių ir būtų užtikrintas maksimalus galios perdavimas norimu nešlio dažniu ir pralaidumu.
Daugelis standartinių antenų konstrukcijų buvo gerai ištirtos. Internete galima rasti daug etaloninių projektų, kuriuos vėliau galima nukopijuoti į savo PCB išdėstymą. Daugybę standartinių antenų konstrukcijų projektavimo formulių galime rasti ir mikrobangų inžinerijos vadovėliuose. Galiausiai, jei norite naudoti COTS RF anteną, rinkoje yra daug nebrangių dizainų. Nepriklausomai nuo to, kokią RF anteną pasirinksite naudoti, ją reikia atidžiai išdėstyti išdėstyme, kad būtų išvengta trukdžių tarp įvairių plokštės dalių.
RF antenos išdėstymo patarimai
Suprojektavę anteną, turite nustatyti, kurioje PCB vietoje ją turėtumėte įdėti. RF projektuotojai gali gauti patarimų iš mišrių signalų projektuotojų (dauguma RF plokščių iš tikrųjų yra mišrių signalų plokštės), kad būtų išvengta trukdžių tarp RF priekinės, galinės dalies ir skaitmeninių sekcijų.
-Efektyvi spinduliuotė: skirta užtikrinti, kad spinduliuotė iš antenos bloko išeitų iš plokštės ir jos nepasisavintų kitos PCB išdėstymo struktūros.
- Izoliacija: vėlgi, nenorime, kad kelios PCB išdėstymo dalys tiesiogiai trukdytų viena kitai.
-Elektromagnetinis suderinamumas (EMC): Galiausiai būtina užtikrinti, kad išdėstymas negautų signalų iš kitų įrenginių, kurie gali skleisti signalus plačiu dažnių diapazonu.
Realiame PCB projekte dauguma projektavimo tikslų konkuruoja, tačiau reikia laikytis dviejų pagrindinių punktų, kurie padės subalansuoti šiuos projektavimo tikslus.
Laikykite grandinės blokus atskirai vienas nuo kito PCB išdėstyme
Tai yra pagrindinis mišraus signalo PCB projektavimo taškas, jis taip pat taikomas RF antenos išdėstymui. Antenos sekciją reikia pastatyti ant plokštės ir atskirti nuo kitų grandinės blokų. Apskritai antenos sekciją geriausia dėti arti plokštės krašto ir toliau nuo kitų analoginių komponentų. Tai apriboja stiprią spinduliuotę vienoje plokštės vietoje ir užtikrina minimalius trukdžius tarp sekcijų.
Sujungimo iššūkis yra užtikrinti, kad skirtingų sekcijų grįžimo takai netrukdytų vienas kitam, o tai kitu atveju sukeltų triukšmo sujungimą ir skersinį. Pažangiame PCB projektavimo įrankyje integruoto lauko sprendiklio naudojimas padės aptikti grįžimo kelio nukrypimus kuriant maketą. Aukšto dažnio konstrukcijoms naudokite ištisinę įžeminimo plokštumos struktūrą, kad užtikrintumėte nuoseklų grįžimo kelią.
Izoliuotos antenos sekcijos
Šiuolaikiniuose mobiliuosiuose telefonuose ir didelės spartos duomenų tinklų įrenginiuose naudojamos kūrybingos izoliavimo struktūros, kurios tapo auksiniu RF izoliavimo technologijos standartu. Paprasčiau tariant, izoliacija yra tam tikro ekranavimo uždėjimas aplink RF jautrius plokštės komponentus, kad būtų sustabdytas bangų sklidimas tarp siųstuvo ir imtuvo. Toliau pateiktoje lentelėje aprašomos kai kurios struktūros, kurios gali būti naudojamos RF antenos skyriuje komponentams, maitinimo linijoms ir antenoms izoliuoti arba išoriniams triukšmo šaltiniams izoliuoti.
Izoliacijos struktūros paprastai yra tarp RF komponentų, kad būtų išvengta triukšmo sujungimo ir energijos mainų tarp jų. Nustatyti, kurią izoliavimo struktūrą naudoti, kad būtų užtikrintas RF antenos signalo vientisumas, yra sudėtinga projektavimo problema, kurią pramonė kruopščiai ištyrė. Jei nesame elipsinės integracijos ekspertai, turime pasikliauti elektromagnetinio (EM) lauko sprendėjais, kad nustatytų, kaip šios struktūros veikia tiekimo linijos / RF antenos varžą ir šių struktūrų izoliacijos lygį.
Jei naudojamas EM lauko tirpiklis, artimojo lauko ir tolimojo lauko modeliavimas gali būti naudojamas norint nustatyti PCB išdėstymo sritis, kuriose vyksta stipri emisija. Nustačius šias sritis ir skleidžiamus dažnius, bus lengviau nustatyti, kokio tipo izoliavimo strategija turėtų būti naudojama. Geriausia naudoti dažnio sritį tiesiogiai (FDFD metodas), o ne naudoti Furjė transformaciją FDTD rezultatams konvertuoti.
RF antenos projektavimas ir išdėstymas reikalauja ypatingo dėmesio detalėms, todėl tikslinga pasirūpinti, kad būtų užtikrintas RF dizaino izoliavimas ir signalo vientisumas.
