Nøglepunkter i denne artikel.
-RF-antenner kommer i mange former, fra flade antenner integreret i chippen til kobberantenner printet direkte på printkortet.
-Når du laver et layout med en eller flere antenner, er det vigtigt at sikre, at de forskellige kredsløbsblokke på printkortet er isoleret fra hinanden.
-Når man designer en RF-antenne, bør der bruges CAD-værktøjer, som kan hjælpe med at designe isolerede strukturer, overgangsstrukturer og endda printede antenner til PCB'en.
I dag er det svært at forestille sig et forbrugerelektronikprodukt, der ikke inkluderer en antenne, og selv garageportåbnere kan tilsluttes en mobiltelefon via Bluetooth eller WiFi. Hver gang en ny RF-antenne føjes til et PCB-layout, skaber det nye udfordringer for RF-designeren, især da de nuværende designs igen fokuserer på analoge designfærdigheder. Med så mange RF-funktioner tilføjet til nye PCB'er, hvordan kan designere sikre, at signalet i systemet ikke er beskadiget, og at signalintegriteten bevares?
Nogle enkle designvalg kan sikre, at RF-signaler ikke svækkes af digitale komponenter i nærheden, men vil også hjælpe med at forhindre interferens mellem flere analoge signaler. Mens der er mange RF-designaspekter at overveje, når man designer et blandet signal eller et komplet RF-system, er antennedesign og layout nok de to vigtigste. Nedenfor lærer vi om RF-antennedesign i PCB-layout og hvordan man sikrer analog signalintegritet.
Grundlæggende om RF-antennedesign
Når du designer en brugerdefineret antenne eller vælger en COTS-antenne til et RF-printkort, er der flere grundlæggende punkter at følge. Alle RF-antenner har nogle særlige egenskaber, som bør overvejes i designfasen. Hver antenne skal have følgende komponenter.
-Flydende ledende radiator: antenneenheden, der bruges til at udsende stråling.
-Referenceplan: Referenceplanet eller -enheden for antennen hjælper med at bestemme retningsbestemmelsen af antennestrukturen i hver antennetilstand.
-Feedline: feedline bruges til at transportere inputsignalet fra RF-elementet til den udstrålende antenneenhed.
-Impedanstilpasningsnetværk: Antennen har typisk en impedans på omkring 10 ohm og skal derfor matches til feedline-impedansen for at forhindre refleksioner og for at sikre maksimal effektoverførsel ved den ønskede bærefrekvens og båndbredde.
Mange standard antennedesign er blevet grundigt undersøgt. Mange referencedesigns kan findes på internettet, som derefter kan kopieres til dit eget printkortlayout. Vi kan også finde mange designformler for standardantennestrukturer i lærebøger om mikrobølgeteknik. Endelig, hvis man ønsker at bruge en COTS RF-antenne, er der mange billige designs tilgængelige på markedet. Uanset hvilken RF-antenne du vælger at bruge, skal den placeres omhyggeligt i layoutet for at forhindre interferens mellem de forskellige dele af kortet.
RF antenne layout tips
Efter at have designet antennen, skal du bestemme, hvor på printkortet du skal placere den. RF-designere kan få nogle tips fra designere med blandede signaler (de fleste RF-kort er faktisk blandede signalkort) for at forhindre interferens mellem RF-front-end, back-end og digitale sektioner.
-Effektiv stråling: designet til at sikre, at strålingen fra antenneenheden forlader kortet og ikke opfanges af andre strukturer i printkortets layout.
-Isolation: Igen, vi ønsker ikke, at flere dele af PCB-layoutet skal forstyrre direkte med hinanden.
-Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC): Endelig er det nødvendigt at sikre, at layoutet ikke modtager signaler fra andre enheder, der kan udsende signaler i en lang række frekvenser.
I selve designet af et printkort konkurrerer de fleste designmål, men der er to nøglepunkter at følge, som vil hjælpe med at balancere disse designmål.
Hold kredsløbsblokke adskilt fra hinanden i PCB-layoutet
Dette er et grundlæggende PCB-designpunkt med blandet signal, og det gælder også for layoutet af RF-antennen. Antennesektionen skal placeres på kortet og adskilles fra de andre kredsløbsblokke. Generelt er det bedst at placere antennesektionen tæt på kanten af kortet og væk fra andre analoge komponenter. Dette begrænser den stærke stråling til ét sted på pladen og sikrer minimal interferens mellem sektionerne.
Udfordringen med meshing er at sikre, at de forskellige sektioners returveje ikke forstyrrer hinanden, hvilket ellers ville føre til støjkobling og krydstale. Brug af feltløseren integreret i det avancerede PCB-designværktøj vil hjælpe med at opdage afvigelser i returvejen, når layoutet oprettes. Til højfrekvente designs skal du bruge en kontinuerlig jordplanstruktur for at sikre en ensartet returvej.
Isolerede antennesektioner
Moderne mobiltelefoner og højhastighedsdatanetværksenheder anvender kreative isolationsstrukturer, der er blevet guldstandarden for RF-isoleringsteknologi. Ganske enkelt er isolation placeringen af en vis afskærmning omkring de RF-følsomme komponenter på kortet for at stoppe udbredelsen af bølger mellem senderen og modtageren. Tabellen nedenfor beskriver nogle af de strukturer, der kan bruges i RF-antennesektionen til at isolere komponenter, fødeledninger og antenner eller til at isolere eksterne støjkilder.
Isolationsstrukturer er typisk placeret mellem RF-komponenter for at forhindre støjkobling og strømudveksling mellem dem. At bestemme hvilken isolationsstruktur der skal bruges til at sikre integriteten af RF-antennesignalet er et komplekst designproblem, som er blevet grundigt undersøgt af industrien. Hvis vi ikke er eksperter i elliptisk integration, er vi nødt til at stole på elektromagnetiske (EM) feltløsere for at bestemme, hvordan disse strukturer påvirker impedansen af feedline/RF-antennen og niveauet af isolation, som disse strukturer giver.
Hvis der anvendes en EM-feltløser, kan nærfelts- og fjernfeltssimuleringer bruges til at bestemme de områder af PCB-layoutet, hvor der forekommer kraftige emissioner. Når disse områder er identificeret, sammen med de udsendte frekvenser, vil det hjælpe med at bestemme, hvilken type isolationsstrategi der skal bruges. Det er bedst at bruge frekvensdomænet direkte (FDFD-metoden) i stedet for at bruge Fourier-transformationen til at konvertere FDTD-resultaterne.
RF-antennedesign og skabelse af layout kræver ekstra opmærksomhed på detaljer, så det giver mening at være ekstra omhyggelig for at sikre isolering og signalintegritet af RF-designet.
