เสาอากาศมีความไวต่อสภาพแวดล้อม ดังนั้นเมื่อมีเสาอากาศอยู่ที่ PCB, เลย์เอาต์การออกแบบควรคำนึงถึงข้อกำหนดของเสาอากาศด้วย เนื่องจากอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ไร้สาย ควรใช้ความระมัดระวังเป็นอย่างยิ่งเมื่อรวมเสาอากาศเข้ากับการออกแบบใหม่ แม้แต่วัสดุ จำนวนชั้น และความหนาของ PCB ก็อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของเสาอากาศได้

วางตำแหน่งเสาอากาศเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ

เสาอากาศทำงานในโหมดต่างๆ และอาจจำเป็นต้องวางเสาอากาศเหล่านี้ในตำแหน่งเฉพาะ ตามด้านสั้น ด้านยาว หรือมุมของ PCB

โดยทั่วไป มุมของ PCB จะเป็นตำแหน่งที่ดีในการวางเสาอากาศ เนื่องจากตำแหน่งมุมทำให้เสาอากาศมีช่องว่างในห้าทิศทางเชิงพื้นที่และฟีดเสาอากาศอยู่ในทิศทางที่หก

ผู้ผลิตเสาอากาศมีตัวเลือกการออกแบบเสาอากาศสำหรับตำแหน่งต่างๆ ดังนั้นผู้ออกแบบผลิตภัณฑ์จึงสามารถเลือกเสาอากาศที่เหมาะสมกับการจัดวางได้ดีที่สุด โดยทั่วไป เอกสารข้อมูลของผู้ผลิตจะแสดงการออกแบบอ้างอิงซึ่งหากปฏิบัติตาม จะให้ประสิทธิภาพที่ดีมาก

การออกแบบผลิตภัณฑ์สำหรับ 4G และ LTE มักใช้เสาอากาศหลายตัวเพื่อสร้างระบบ MIMO ในการออกแบบดังกล่าว เมื่อใช้เสาอากาศหลายตัวพร้อมกัน เสาอากาศมักจะวางอยู่ที่มุมต่างๆ ของ PCB

สิ่งสำคัญคือต้องไม่วางส่วนประกอบใดๆ ในสนามใกล้ใกล้กับเสาอากาศ เนื่องจากอาจรบกวนประสิทธิภาพการทำงาน ดังนั้นข้อกำหนดของเสาอากาศจะระบุขนาดของพื้นที่สงวนไว้ ซึ่งเป็นพื้นที่ใกล้และรอบเสาอากาศที่ต้องเก็บให้ห่างจากวัตถุที่เป็นโลหะ สิ่งนี้จะนำไปใช้กับแต่ละเลเยอร์ใน PCB นอกจากนี้ ห้ามวางส่วนประกอบใดๆ หรือแม้แต่ติดตั้งสกรูในบริเวณนี้บนชั้นใดๆ ของบอร์ด

เสาอากาศแผ่ไปยังระนาบพื้น และระนาบพื้นสัมพันธ์กับความถี่ที่เสาอากาศทำงาน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องเร่งด่วนที่จะต้องจัดเตรียมขนาดและพื้นที่ที่ถูกต้องสำหรับระนาบพื้นของเสาอากาศที่เลือกไว้

ระนาบพื้น

ขนาดของระนาบพื้นควรคำนึงถึงสายที่ใช้สื่อสารกับอุปกรณ์และแบตเตอรี่หรือสายไฟที่ใช้จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ด้วย หากระนาบกราวด์มีขนาดที่เหมาะสม ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสายเคเบิลและแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์มีผลกระทบต่อเสาอากาศน้อยลง

เสาอากาศบางตัวเกี่ยวข้องกับระนาบกราวด์ ซึ่งหมายความว่า PCB เองจะกลายเป็นส่วนกราวด์ของเสาอากาศเพื่อปรับสมดุลกระแสของเสาอากาศ และชั้นล่างของ PCB อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของเสาอากาศ ในกรณีนี้ ไม่ควรวางแบตเตอรี่หรือ LCD ไว้ใกล้เสาอากาศ

เอกสารข้อมูลของผู้ผลิตควรระบุเสมอว่าเสาอากาศต้องการการแผ่รังสีระนาบกราวด์หรือไม่ และถ้าใช่ จะต้องระบุขนาดของระนาบกราวด์ นี่อาจหมายความว่าพื้นที่ช่องว่างควรล้อมรอบเสาอากาศ

ใกล้กับส่วนประกอบ PCB อื่นๆ

สิ่งสำคัญคือต้องเก็บเสาอากาศให้ห่างจากส่วนประกอบอื่นๆ ที่อาจรบกวนการแผ่รังสีของเสาอากาศ สิ่งหนึ่งที่ควรระวังคือแบตเตอรี่ ส่วนประกอบโลหะ LCD เช่นขั้วต่อ USB, HDMI และอีเธอร์เน็ต และส่วนประกอบสวิตชิ่งที่มีเสียงดังหรือความเร็วสูงที่เกี่ยวข้องกับการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง

ระยะห่างในอุดมคติระหว่างเสาอากาศกับส่วนประกอบอื่นจะแตกต่างกันไปตามความสูงของส่วนประกอบ โดยทั่วไป หากลากเส้นที่มุม 8 องศากับด้านล่างของเสาอากาศ ระยะห่างที่ปลอดภัยระหว่างส่วนประกอบและเสาอากาศหากอยู่ใต้เส้น

หากมีเสาอากาศอื่นที่ทำงานที่ความถี่ใกล้เคียงกัน อาจทำให้เสาอากาศทั้งสองแยกกัน เนื่องจากจะส่งผลต่อการแผ่รังสีของกันและกัน เราขอแนะนำว่าควรลดปัญหานี้โดยแยกเสาอากาศอย่างน้อย -10 dB ที่ความถี่สูงถึง 1 GHz และเสาอากาศอย่างน้อย -20 dB ที่ 20 GHz ซึ่งสามารถทำได้โดยเว้นช่องว่างระหว่างเสาอากาศให้มากขึ้นหรือโดยการหมุนเพื่อให้วางห่างจากกัน 90 หรือ 180 องศา

ออกแบบสายส่ง

สายส่งคือสาย RF ที่ส่งพลังงาน RF ไปและกลับจากเสาอากาศเพื่อส่งสัญญาณไปยังวิทยุ สายส่งต้องได้รับการออกแบบให้มีขนาด 50 มิฉะนั้นอาจสะท้อนสัญญาณกลับไปยังวิทยุและทำให้อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) ลดลงซึ่งอาจทำให้เครื่องรับวิทยุไม่มีความหมาย การสะท้อนจะวัดเป็นอัตราส่วนคลื่นนิ่งของแรงดันไฟ (VSWR) การออกแบบ PCB ที่ดีจะแสดงการวัด VSWR ที่เหมาะสมซึ่งสามารถทำได้เมื่อทำการทดสอบเสาอากาศ

เราขอแนะนำการออกแบบสายส่งอย่างระมัดระวัง ประการแรกสายส่งควรเป็นเส้นตรงเพราะหากมีมุมหรือโค้งงออาจทำให้สูญเสียได้ โดยการวางรอยปรุให้เท่ากันทั้งสองด้านของสายไฟ การสูญเสียสัญญาณรบกวนและสัญญาณที่อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของเสาอากาศนั้นสามารถอยู่ในระดับต่ำได้ เนื่องจากประสิทธิภาพการทำงานสามารถปรับปรุงได้โดยการแยกสัญญาณรบกวนที่แพร่กระจายไปตามสายไฟหรือชั้นพื้นดินที่อยู่ใกล้เคียง

สายส่งที่บางลงอาจทำให้สูญเสียมากขึ้น ส่วนประกอบการจับคู่ RF และความกว้างของสายส่งถูกใช้เพื่อปรับเสาอากาศให้ทำงานที่อิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ 50 ω ขนาดของสายส่งมีผลต่อประสิทธิภาพ และสายส่งควรสั้นที่สุดเพื่อประสิทธิภาพของเสาอากาศที่ดี

ทำอย่างไรจึงจะได้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น?

หากคุณปล่อยให้ระนาบกราวด์ที่ถูกต้องและวางเสาอากาศไว้ในตำแหน่งที่ดีมาก แสดงว่าคุณเริ่มต้นได้ดี แต่ยังมีอะไรอีกมากมายที่คุณสามารถทำได้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเสาอากาศ คุณสามารถใช้เครือข่ายที่ตรงกันเพื่อปรับเสาอากาศได้ ซึ่งจะชดเชยปัจจัยที่อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของเสาอากาศได้ในระดับหนึ่ง

องค์ประกอบ RF ที่สำคัญคือเสาอากาศซึ่งตรงกับเครือข่ายและเอาต์พุต RF การกำหนดค่าที่วางส่วนประกอบเหล่านี้ไว้ใกล้ๆ ช่วยลดการสูญเสียสัญญาณ ในทำนองเดียวกัน หากการออกแบบของคุณมีเครือข่ายที่ตรงกัน เสาอากาศจะทำงานได้ดีมากหากความยาวของสายไฟตรงกับที่ระบุไว้ในข้อกำหนดผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิต

ปลอกรอบ PCB อาจแตกต่างกันไป สัญญาณเสาอากาศไม่สามารถเดินทางผ่านโลหะได้ ดังนั้นการวางเสาอากาศในตัวเรือนโลหะหรือตัวเรือนที่มีคุณสมบัติเป็นโลหะจะไม่ประสบความสำเร็จ

นอกจากนี้ โปรดใช้ความระมัดระวังเมื่อวางเสาอากาศไว้ใกล้พื้นผิวพลาสติก เนื่องจากอาจทำให้ประสิทธิภาพของเสาอากาศเสียหายได้อย่างมีนัยสำคัญ พลาสติกบางชนิด (เช่น ไนลอนที่เติมไฟเบอร์กลาส) มีการสูญเสียและสามารถสลายเป็นสัญญาณ RF ของ ANTENNA พลาสติกมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงกว่าอากาศ ซึ่งอาจส่งผลกระทบร้ายแรงต่อสัญญาณ ซึ่งหมายความว่าเสาอากาศจะบันทึกค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่สูงขึ้น เพิ่มความยาวไฟฟ้าของเสาอากาศ และลดความถี่ของการแผ่รังสีของเสาอากาศ