Anteny są wrażliwe na otoczenie. Dlatego, gdy na antenie znajduje się antena PCB, układ projektu powinien uwzględniać wymagania dotyczące anteny, ponieważ może to znacznie wpłynąć na wydajność bezprzewodową urządzenia. Należy zachować szczególną ostrożność podczas integracji anten z nowymi projektami. Nawet materiał, liczba warstw i grubość PCB mogą wpływać na wydajność anteny.

Ustaw antenę, aby poprawić wydajność

Anteny działają w różnych trybach i w zależności od tego, jak promieniują poszczególne anteny, może być konieczne umieszczenie ich w określonych pozycjach – wzdłuż krótkiego boku, długiego boku lub rogu płytki drukowanej.

Ogólnie róg płytki PCB jest dobrym miejscem na umieszczenie anteny. Dzieje się tak, ponieważ pozycja narożna pozwala antenie mieć przerwy w pięciu kierunkach przestrzennych, a zasilanie anteny znajduje się w szóstym kierunku

Producenci anten oferują opcje projektowania anten dla różnych pozycji, dzięki czemu projektanci produktów mogą wybrać antenę, która najlepiej pasuje do ich układu. Zazwyczaj arkusz danych producenta zawiera projekt referencyjny, który, jeśli jest przestrzegany, zapewnia bardzo dobre osiągi.

Projekty produktów dla 4G i LTE zazwyczaj wykorzystują wiele anten do budowy systemów MIMO. W takich konstrukcjach, gdy używanych jest wiele anten jednocześnie, anteny są zwykle umieszczane w różnych rogach PCB

Ważne jest, aby nie umieszczać żadnych elementów w bliskim polu w pobliżu anteny, ponieważ mogą one zakłócać jej działanie. Dlatego specyfikacja anteny określi rozmiar zarezerwowanego obszaru, czyli obszaru w pobliżu i wokół anteny, który musi być trzymany z dala od metalowych przedmiotów. Dotyczy to każdej warstwy na PCB. Ponadto nie należy umieszczać w tym obszarze żadnych elementów ani nawet montować śrub na żadnej warstwie płyty.

Antena promieniuje do płaszczyzny uziemienia, a płaszczyzna uziemienia jest związana z częstotliwością, z jaką działa antena. Dlatego pilnie należy zapewnić odpowiedni rozmiar i miejsce na płaszczyznę uziemienia wybranej anteny.

Płaszczyzna uziemienia

Wielkość płaszczyzny uziemienia powinna również uwzględniać wszelkie przewody służące do komunikacji z urządzeniem oraz baterie lub przewody zasilające używane do zasilania urządzenia. Jeśli płaszczyzna uziemiająca ma odpowiedni rozmiar, upewnij się, że kable i baterie podłączone do urządzenia mają mniejszy wpływ na antenę

Niektóre anteny są powiązane z płaszczyzną uziemienia, co oznacza, że ​​sama płytka PCB staje się częścią uziemiającą anteny, aby zrównoważyć prąd anteny, a dolna warstwa PCB może wpływać na wydajność anteny. W takim przypadku ważne jest, aby nie umieszczać baterii ani wyświetlaczy LCD w pobliżu anteny.

Karta danych producenta powinna zawsze określać, czy antena wymaga promieniowania płaszczyzny uziemienia, a jeśli tak, to jaki rozmiar płaszczyzny uziemienia jest wymagany. Może to oznaczać, że obszar przerwy powinien otaczać antenę.

Blisko innych elementów PCB

Bardzo ważne jest, aby antena znajdowała się z dala od innych elementów, które mogą zakłócać sposób promieniowania anteny. Jedną rzeczą, na którą należy uważać, są baterie; Metalowe komponenty LCD, takie jak złącza USB, HDMI i Ethernet; Oraz hałaśliwe lub szybkie elementy przełączające związane z przełączaniem zasilaczy.

Idealna odległość między anteną a innym elementem zależy od wysokości elementu. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli linia jest narysowana pod kątem 8 stopni do dołu anteny, bezpieczna odległość między elementem a anteną, jeśli znajduje się poniżej linii.

Jeśli w pobliżu znajdują się inne anteny pracujące na podobnych częstotliwościach, może to spowodować rozstrojenie dwóch anten, ponieważ wpływają one na wzajemne promieniowanie. Zalecamy złagodzenie tego przez izolację co najmniej -10 dB anten przy częstotliwościach do 1 GHz i co najmniej -20 dB anten przy 20 GHz. Można to zrobić, zostawiając więcej miejsca między antenami lub obracając je tak, aby były od siebie oddalone o 90 lub 180 stopni.

Projektowanie linii przesyłowych

Linie transmisyjne to kable RF, które przesyłają energię RF do i z anteny w celu przesyłania sygnałów do radia. Linie transmisyjne muszą być zaprojektowane tak, aby mieć 50, w przeciwnym razie mogą odbijać sygnały z powrotem do radia i powodować spadek stosunku sygnału do szumu (SNR), co może sprawić, że odbiorniki radiowe staną się bezsensowne. Odbicie jest mierzone jako współczynnik fali stojącej napięcia (VSWR). Dobry projekt PCB pokaże odpowiednie pomiary VSWR, które można wykonać podczas testowania anteny.

Zalecamy staranne projektowanie linii przesyłowych. Po pierwsze, linia transmisyjna powinna być prosta, ponieważ jeśli ma rogi lub załamania, może powodować straty. Dzięki równomiernemu rozmieszczeniu perforacji po obu stronach przewodu można utrzymać na niskim poziomie straty szumów i sygnału, które mogą wpływać na wydajność anteny, ponieważ wydajność można poprawić, izolując zakłócenia rozchodzące się wzdłuż sąsiednich przewodów lub warstw uziemienia.

Cieńsze linie przesyłowe mogą powodować większe straty. Składnik dopasowujący RF i szerokość linii transmisyjnej są wykorzystywane do dostosowania anteny do pracy z charakterystyczną impedancją 50 ω. Rozmiar linii transmisyjnej wpływa na wydajność, a linia transmisyjna powinna być jak najkrótsza, aby zapewnić dobre działanie anteny.

Jak uzyskać lepszą wydajność?

Jeśli pozwolisz na właściwą płaszczyznę uziemienia i umieścisz antenę w bardzo dobrej pozycji, masz dobry początek, ale możesz zrobić o wiele więcej, aby poprawić wydajność anteny. Do strojenia anteny można użyć dopasowanej sieci – to w pewnym stopniu zrekompensuje wszelkie czynniki, które mogą mieć wpływ na wydajność anteny.

Kluczowym elementem RF jest antena, która pasuje do sieci i jej wyjścia RF. Konfiguracja, która umieszcza te komponenty w pobliżu, minimalizuje utratę sygnału. Podobnie, jeśli projekt zawiera pasującą sieć, antena będzie działać bardzo dobrze, jeśli długość jej okablowania będzie zgodna z określoną w specyfikacjach producenta.

Obudowa wokół PCB może się również różnić. Sygnały antenowe nie mogą przechodzić przez metal, więc umieszczenie anteny w metalowej obudowie lub obudowie o właściwościach metalowych nie będzie skuteczne.

Zachowaj również ostrożność podczas umieszczania anten w pobliżu plastikowych powierzchni, ponieważ może to spowodować znaczne uszkodzenie wydajności anteny. Niektóre tworzywa sztuczne (na przykład nylon wypełniony włóknem szklanym) są stratne i mogą ulec rozpadowi na sygnał RF ANTENNY. Plastik ma wyższą stałą dielektryczną niż powietrze, co może poważnie wpłynąć na sygnał. Oznacza to, że antena zarejestruje wyższą stałą dielektryczną, zwiększając długość elektryczną anteny i zmniejszając częstotliwość promieniowania anteny.