Antennen reagieren empfindlich auf ihre Umgebung. Wenn sich also eine Antenne an der PCB, sollte das Design-Layout die Antennenanforderungen berücksichtigen, da dies die drahtlose Leistung des Geräts stark beeinflussen kann. Bei der Integration von Antennen in neue Designs ist große Sorgfalt geboten. Auch das Material, die Anzahl der Schichten und die Dicke der Leiterplatte können die Leistung der Antenne beeinflussen.

Positionieren Sie die Antenne, um die Leistung zu verbessern

Antennen arbeiten in unterschiedlichen Modi und müssen je nach Abstrahlung der einzelnen Antennen an bestimmten Positionen platziert werden – entlang der kurzen Seite, der langen Seite oder der Ecke der Leiterplatte.

Im Allgemeinen ist die Ecke der Leiterplatte ein guter Ort, um die Antenne zu platzieren. Dies liegt daran, dass die Eckposition der Antenne Lücken in fünf Raumrichtungen erlaubt und die Antenneneinspeisung in der sechsten Richtung liegt

Antennenhersteller bieten Antennendesignoptionen für verschiedene Positionen an, sodass Produktdesigner die Antenne auswählen können, die am besten zu ihrem Layout passt. Typischerweise zeigt das Datenblatt des Herstellers ein Referenzdesign, das, wenn es befolgt wird, eine sehr gute Leistung bietet.

Produktdesigns für 4G und LTE verwenden normalerweise mehrere Antennen, um MIMO-Systeme aufzubauen. Wenn in solchen Designs mehrere Antennen gleichzeitig verwendet werden, werden die Antennen normalerweise an verschiedenen Ecken der Leiterplatte platziert

Es ist wichtig, keine Komponenten im Nahfeld in der Nähe der Antenne zu platzieren, da diese die Leistung beeinträchtigen können. Daher legt die Antennenspezifikation die Größe des reservierten Bereichs fest, d. h. der Bereich in der Nähe und um die Antenne herum, der von metallischen Objekten ferngehalten werden muss. Dies gilt für jede Schicht in der Leiterplatte. Außerdem dürfen in diesem Bereich auf keiner Lage der Platine irgendwelche Bauteile platziert oder gar Schrauben angebracht werden.

Die Antenne strahlt auf die Erdungsebene ab, und die Erdungsebene hängt mit der Frequenz zusammen, mit der die Antenne arbeitet. Daher ist es dringend erforderlich, die richtige Größe und den richtigen Platz für die Masseebene der ausgewählten Antenne bereitzustellen.

Grundplatte

Bei der Größe der Masseplatte sollten auch alle Kabel berücksichtigt werden, die für die Kommunikation mit dem Gerät verwendet werden, sowie die Batterien oder Netzkabel, die zur Stromversorgung des Geräts verwendet werden. Wenn die Erdungsfläche die richtige Größe hat, stellen Sie sicher, dass die an das Gerät angeschlossenen Kabel und Batterien die Antenne weniger beeinträchtigen

Einige Antennen beziehen sich auf die Erdungsebene, was bedeutet, dass die Leiterplatte selbst zum Erdungsteil der Antenne wird, um den Antennenstrom auszugleichen, und die untere Schicht der Leiterplatte kann die Leistung der Antenne beeinträchtigen. In diesem Fall ist es wichtig, keine Batterien oder LCDS in der Nähe der Antenne zu platzieren.

Im Datenblatt des Herstellers sollte immer angegeben werden, ob die Antenne Erdungsflächenstrahlung benötigt und wenn ja, wie groß die erforderliche Erdungsfläche ist. Dies kann bedeuten, dass der Spaltbereich die Antenne umgeben sollte.

In der Nähe anderer PCB-Komponenten

Es ist wichtig, die Antenne von anderen Komponenten fernzuhalten, die die Abstrahlung der Antenne stören könnten. Eine Sache, auf die Sie achten sollten, sind Batterien; LCD-Metallkomponenten wie USB-, HDMI- und Ethernet-Anschlüsse; Und rauschende oder Hochgeschwindigkeits-Schaltkomponenten im Zusammenhang mit Schaltnetzteilen.

Der ideale Abstand zwischen einer Antenne und einem anderen Bauteil variiert je nach Höhe des Bauteils. Im Allgemeinen gilt, wenn eine Linie in einem Winkel von 8 Grad zur Unterseite der Antenne gezogen wird, der Sicherheitsabstand zwischen der Komponente und der Antenne, wenn sie sich unterhalb der Linie befindet.

Wenn in der Nähe andere Antennen mit ähnlichen Frequenzen arbeiten, kann dies dazu führen, dass sich die beiden Antennen verstimmen, da sie sich gegenseitig beeinflussen. Wir empfehlen, dies zu mildern, indem bei Frequenzen bis 10 GHz mindestens -1 dB Antennen und bei 20 GHz mindestens -20 dB Antennen isoliert werden. Dies kann erreicht werden, indem man mehr Platz zwischen den Antennen lässt oder sie so dreht, dass sie um 90 oder 180 Grad voneinander entfernt sind.

Übertragungsleitungen entwerfen

Übertragungsleitungen sind HF-Kabel, die HF-Energie zu und von der Antenne übertragen, um Signale an das Funkgerät zu übertragen. Übertragungsleitungen müssen mit 50 ausgelegt sein, da sie sonst Signale zum Funkgerät zurückreflektieren und einen Abfall des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) verursachen können, was Funkempfänger bedeutungslos machen kann. Die Reflexion wird als Stehwellenverhältnis (VSWR) gemessen. Ein gutes PCB-Design weist geeignete VSWR-Messungen auf, die beim Testen der Antenne durchgeführt werden können.

Wir empfehlen eine sorgfältige Auslegung der Übertragungsleitungen. Erstens sollte die Übertragungsleitung gerade sein, denn wenn sie Ecken oder Krümmungen hat, kann es zu Verlusten kommen. Durch gleichmäßiges Anordnen von Perforationen auf beiden Seiten des Drahts können Rauschen und Signalverluste, die die Antennenleistung beeinträchtigen können, auf einem niedrigen Niveau gehalten werden, da die Leistung durch Isolieren von Rauschen, das sich entlang nahegelegener Drähte oder Masseschichten ausbreitet, verbessert werden kann.

Dünnere Übertragungsleitungen können größere Verluste verursachen. Die HF-Anpassungskomponente und die Breite der Übertragungsleitung werden verwendet, um die Antenne so einzustellen, dass sie bei einer charakteristischen Impedanz von 50 arbeitet. Die Größe der Übertragungsleitung beeinflusst die Leistung, und die Übertragungsleitung sollte für eine gute Antennenleistung so kurz wie möglich sein.

Wie bekomme ich eine bessere Leistung?

Wenn Sie die richtige Erdungsebene verwenden und die Antenne in einer sehr guten Position platzieren, haben Sie einen guten Start, aber Sie können noch viel mehr tun, um die Antennenleistung zu verbessern. Sie können ein angepasstes Netzwerk verwenden, um die Antenne abzustimmen – dies kompensiert bis zu einem gewissen Grad alle Faktoren, die die Antennenleistung beeinträchtigen können.

Die wichtigste HF-Komponente ist die Antenne, die zum Netzwerk und dessen HF-Ausgang passt. Eine Konfiguration, die diese Komponenten in der Nähe platziert, minimiert den Signalverlust. Wenn Ihr Design ein Anpassungsnetzwerk enthält, funktioniert die Antenne ebenfalls sehr gut, wenn ihre Kabellänge der in den Produktspezifikationen des Herstellers angegebenen entspricht.

Das Gehäuse um die Leiterplatte kann ebenfalls variieren. Antennensignale können nicht durch Metall übertragen werden, daher ist das Platzieren einer Antenne in einem Metallgehäuse oder einem Gehäuse mit Metalleigenschaften nicht erfolgreich.

Seien Sie auch vorsichtig, wenn Sie Antennen in der Nähe von Kunststoffoberflächen platzieren, da dies die Antennenleistung erheblich beeinträchtigen kann. Einige Kunststoffe (zB glasfaserverstärktes Nylon) sind verlustbehaftet und können in das HF-Signal der ANTENNE zerfallen. Kunststoff hat eine höhere Dielektrizitätskonstante als Luft, was das Signal stark beeinträchtigen kann. Dies bedeutet, dass die Antenne eine höhere Dielektrizitätskonstante aufzeichnet, die elektrische Länge der Antenne erhöht und die Frequenz der Antennenstrahlung verringert.