Talk about the antenna design of PCB layout

天线对周围环境很敏感。 Therefore, when there is an antenna on the PCB,设计布局应考虑天线要求,因为这会极大地影响设备的无线性能。 Great care should be taken when integrating antennas into new designs. 即使是 PCB 的材料、层数和厚度也会影响天线的性能。

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放置天线以提高性能

天线以不同的模式运行,并且根据各个天线的辐射方式,它们可能需要放置在特定位置——沿着 PCB 的短边、长边或角落。

一般来说,PCB的一角是放置天线的好地方。 这是因为角位允许天线在五个空间方向上有间隙,而天线馈源位于第六个方向

天线制造商提供不同位置的天线设计选项,因此产品设计人员可以选择最适合其布局的天线。 Typically, the manufacturer’s data sheet shows a reference design that, if followed, provides very good performance.

Product designs for 4G and LTE typically use multiple antennas to build MIMO systems. In such designs, when multiple antennas are used at the same time, the antennas are usually placed at different corners of the PCB

重要的是不要在靠近天线的近场中放置任何组件,因为它们可能会干扰其性能。 因此,天线规范会规定预留区域的大小,即天线附近和周围必须远离金属物体的区域。 这将适用于 PCB 中的每一层。 此外,请勿在电路板的任何层上的该区域放置任何组件,甚至不要安装螺钉。

The antenna radiates to the ground plane, and the ground plane is related to the frequency at which the antenna operates. 因此,迫切需要为所选天线的接地平面提供正确的尺寸和空间。

地平面

接地平面的大小还应考虑用于与设备通信的任何电线以及用于为设备供电的电池或电源线。 If the grounding plane is of the right size, ensure that cables and batteries connected to the device have less impact on the antenna

有些天线与接地平面有关,这意味着PCB本身成为天线的接地部分来平衡天线电流,而PCB的下层可能会影响天线的性能。 在这种情况下,请勿将电池或 LCDS 放置在天线附近,这一点很重要。

制造商的数据表应始终指定天线是否需要接地平面辐射,如果需要,则需要指定接地平面的尺寸。 This may mean that the gap area should surround the antenna.

靠近其他 PCB 组件

使天线远离可能干扰天线辐射方式的其他组件至关重要。 One thing to watch out for is batteries; LCD metal components, such as USB, HDMI and Ethernet connectors; 以及与开关电源相关的嘈杂或高速开关组件。

天线和另一个组件之间的理想距离根据组件的高度而变化。 In general, if a line is drawn at an 8 degree Angle to the bottom of the antenna, the safe distance between the component and the antenna if it is below the line.

如果附近有其他天线在类似频率下工作,则可能会导致两个天线失谐,因为它们会影响彼此的辐射。 我们建议通过隔离频率高达 10 GHz 的至少 -1 dB 天线和 20 GHz 的至少 -20 dB 天线来缓解这种情况。 这可以通过在天线之间留出更多空间或旋转它们使它们彼此分开 90 或 180 度来实现。

设计传输线

传输线是射频电缆,将射频能量传输到天线和从天线传输信号到无线电。 传输线需要设计为 50,否则它们可能会将信号反射回无线电并导致信噪比 (SNR) 下降,从而使无线电接收器变得毫无意义。 反射测量为电压驻波比 (VSWR)。 A good PCB design will exhibit suitable VSWR measurements that can be taken when testing the antenna.

我们建议仔细设计传输线。 首先,传输线应该是直的,因为如果有拐角或弯曲,可能会造成损失。 通过在导线的两侧均匀地放置穿孔,可以将可能影响天线性能的噪声和信号损失保持在较低水平,因为可以通过隔离沿附近导线或接地层传播的噪声来提高性能。

更细的传输线可能会导致更大的损失。 射频匹配元件和传输线的宽度用于调整天线工作在50ω的特征阻抗。 传输线的大小影响性能,传输线应尽可能短以获得良好的天线性能。

如何获得更好的性能?

如果您允许使用正确的接地平面并将天线放置在一个非常好的位置,那么您就有了一个良好的开端,但是您还可以采取更多措施来提高天线性能。 您可以使用匹配的网络来调整天线——这将在一定程度上补偿可能影响天线性能的任何因素。

关键的射频组件是天线,它与网络及其射频输出相匹配。 将这些组件放在附近的配置可以最大限度地减少信号损失。 同样,如果您的设计包含匹配网络,并且天线的布线长度与制造商产品规格中指定的长度相匹配,则天线的性能将非常好。

PCB 周围的外壳也可能有所不同。 天线信号无法穿过金属,因此将天线放置在金属外壳或具有金属特性的外壳中是不会成功的。

此外,在靠近塑料表面放置天线时要小心,因为这可能会严重损坏天线性能。 一些塑料(例如,玻璃纤维填充的尼龙)是有损耗的,会衰减到天线的射频信号中。 塑料具有比空气更高的介电常数,会严重影响信号。 这意味着天线将记录更高的介电常数,增加天线的电气长度并降低天线辐射的频率。