Punts clau d'aquest article.
-Les antenes de RF tenen moltes formes, des d'antenes planes integrades al xip fins a antenes de coure impreses directament al PCB.
-Quan es crea un disseny amb una o més antenes, és important assegurar-se que els diferents blocs de circuits de la PCB estiguin aïllats entre si.
-Quan es dissenya una antena de RF, s'han d'utilitzar eines CAD, que poden ajudar a dissenyar estructures aïllades, estructures de transició i fins i tot antenes impreses per a la PCB.
Avui dia, és difícil imaginar un producte d'electrònica de consum que no inclogui una antena, i fins i tot els obridors de portes de garatge es poden connectar a un telèfon mòbil mitjançant Bluetooth o WiFi. Cada vegada que s'afegeix una nova antena de RF a un disseny de PCB, crea nous reptes per al dissenyador de RF, sobretot perquè els dissenys actuals es tornen a centrar en les habilitats de disseny analògic. Amb tantes funcions de RF que s'afegeixen als nous PCB, com poden els dissenyadors assegurar-se que el senyal del sistema no es corromp i que es mantingui la integritat del senyal?
Algunes opcions de disseny senzilles poden garantir que els senyals de RF no es debilitin per components digitals propers, però també ajudaran a prevenir interferències entre diversos senyals analògics. Tot i que hi ha molts aspectes de disseny de RF a tenir en compte a l'hora de dissenyar un sistema de senyal mixt o de RF complet, el disseny i la disposició de l'antena són probablement els dos més importants. A continuació, aprenem sobre el disseny de l'antena de RF en la disposició de PCB i com garantir la integritat del senyal analògic.
Conceptes bàsics de disseny d'antenes de RF
Quan dissenyeu una antena personalitzada o seleccioneu una antena COTS per a una PCB de RF, hi ha diversos punts bàsics a seguir. Totes les antenes de RF tenen algunes característiques especials que s'han de tenir en compte durant la fase de disseny. Cada antena ha de tenir els components següents.
-Radiador conductor flotant: la unitat d'antena utilitzada per emetre radiació.
-Pla de referència: el pla de referència o unitat de l'antena ajuda a determinar la direccionalitat de l'estructura de l'antena en cada mode d'antena.
-Feedline: la línia d'alimentació s'utilitza per transportar el senyal d'entrada des de l'element RF a la unitat d'antena radiant.
- Xarxa d'adaptació d'impedància: l'antena normalment té una impedància d'uns 10 ohms i, per tant, s'ha d'adaptar a la impedància de la línia d'alimentació per evitar reflexions i per garantir la màxima transferència de potència a la freqüència i l'amplada de banda desitjats.
Molts dissenys d'antenes estàndard han estat ben estudiats. Es poden trobar molts dissenys de referència a Internet, que després es poden copiar al vostre propi disseny de PCB. També podem trobar moltes fórmules de disseny per a estructures d'antena estàndard als llibres de text d'enginyeria de microones. Finalment, si es vol utilitzar una antena de RF COTS, hi ha molts dissenys econòmics disponibles al mercat. Independentment de quina antena de RF trieu utilitzar, s'ha de col·locar amb cura a la disposició per evitar interferències entre les diferents parts del tauler.
Consells de disseny de l'antena de RF
Després de dissenyar l'antena, heu de determinar on l'heu de col·locar a la PCB. Els dissenyadors de RF poden rebre alguns consells dels dissenyadors de senyals mixtes (la majoria de les plaques de RF són en realitat plaques de senyals mixtes) per evitar interferències entre les seccions frontal, posterior i digital de RF.
-Radiació eficient: dissenyada per garantir que la radiació de la unitat d'antena surti del tauler i no sigui recollida per altres estructures de la disposició del PCB.
-Aïllament: de nou, no volem que diverses parts del disseny de la PCB interfereixin directament entre si.
-Compatibilitat electromagnètica (EMC): Finalment, cal assegurar-se que la disposició no rebi senyals d'altres dispositius que puguin emetre senyals en un ampli ventall de freqüències.
En el disseny real d'un PCB, la majoria dels objectius de disseny competeixen, però hi ha dos punts clau a seguir que ajudaran a equilibrar aquests objectius de disseny.
Mantingueu els blocs de circuits separats entre si a la disposició de la PCB
Aquest és un punt bàsic de disseny de PCB de senyal mixt i també s'aplica a la disposició de l'antena de RF. La secció de l'antena s'ha de col·locar a la placa i separar-la dels altres blocs de circuits. En general, el millor és col·locar la secció de l'antena a prop de la vora del tauler i lluny d'altres components analògics. Això limita la radiació forta a una ubicació del tauler i assegura una interferència mínima entre les seccions.
El repte de l'engranatge és assegurar-se que els camins de retorn de les diferents seccions no interfereixin entre si, cosa que d'altra manera comportaria l'acoblament de soroll i la diafonia. L'ús del solucionador de camp integrat a l'eina avançada de disseny de PCB ajudarà a detectar desviacions en el camí de retorn en crear el disseny. Per als dissenys d'alta freqüència, utilitzeu una estructura plana de terra contínua per garantir un camí de retorn coherent.
Seccions d'antena aïllades
Els telèfons mòbils moderns i els dispositius de xarxa de dades d'alta velocitat utilitzen estructures d'aïllament creatives que s'han convertit en l'estàndard d'or per a la tecnologia d'aïllament de RF. Senzillament, l'aïllament és la col·locació d'alguns blindatges al voltant dels components sensibles a RF del tauler per aturar la propagació d'ones entre el transmissor i el receptor. La taula següent descriu algunes de les estructures que es poden utilitzar a la secció d'antenes de RF per aïllar components, línies d'alimentació i antenes, o per aïllar fonts de soroll externes.
Les estructures d'aïllament es col·loquen normalment entre components de RF per evitar l'acoblament del soroll i l'intercanvi d'energia entre ells. Determinar quina estructura d'aïllament utilitzar per garantir la integritat del senyal de l'antena de RF és un problema de disseny complex que ha estat estudiat a fons per la indústria. Si no som experts en integració el·líptica, hem de confiar en solucionadors de camps electromagnètics (EM) per determinar com aquestes estructures afecten la impedància de l'antena de la línia d'alimentació/RF i el nivell d'aïllament que proporcionen aquestes estructures.
Si s'utilitza un solucionador de camp EM, es poden utilitzar simulacions de camp proper i llunyà per determinar les àrees del disseny de PCB on es produeixen emissions fortes. Un cop identificades aquestes zones, juntament amb les freqüències emeses, ajudarà a determinar quin tipus d'estratègia d'aïllament s'ha d'utilitzar. El millor és utilitzar el domini de freqüència directament (mètode FDFD) en lloc d'utilitzar la transformada de Fourier per convertir els resultats FDTD.
El disseny de l'antena de RF i la creació de la disposició requereix una atenció addicional als detalls, per la qual cosa té sentit tenir una cura especial per garantir l'aïllament i la integritat del senyal del disseny de RF.
