PCB設計板放置天線(xiàn)設計技巧

2020-04-09

天線(xiàn)對周?chē)h(huán)境敏感。因此，當PCB上有天線(xiàn)時(shí)，設計布局應考慮到天線(xiàn)的要求，因為這可能會(huì )極大地影響設備的無(wú)線(xiàn)性能。將天線(xiàn)集成到新設計中時(shí)應格外小心。甚至PCB的材料，層數和層厚度也會(huì )影響天線(xiàn)的性能。

定位天線(xiàn)以提高性能

天線(xiàn)以不同的模式工作，并且根據單個(gè)天線(xiàn)的輻射方式，可能需要將其放置在特定位置上-沿著(zhù)PCB的短邊，長(cháng)邊或角落。

通常，PCB的角是放置天線(xiàn)的非常好的位置。這是因為拐角位置允許天線(xiàn)在五個(gè)空間方向上具有間隙，并且天線(xiàn)的饋電位于第六方向上

天線(xiàn)制造商提供了適合不同位置的天線(xiàn)設計選擇，因此產(chǎn)品設計師可以選擇最適合其布局的天線(xiàn)。通常，制造商的數據表會(huì )顯示參考設計，如果遵循該參考設計，則會(huì )提供非常好的性能。

用于4G和LTE的產(chǎn)品設計通常采用多個(gè)天線(xiàn)來(lái)構建MIMO系統。在這樣的設計中，在同時(shí)使用多個(gè)天線(xiàn)的情況下，通常將天線(xiàn)放置在PCB的不同角上

重要的是不要在天線(xiàn)附近的近場(chǎng)中放置任何組件，因為它們可能會(huì )干擾其性能。因此，天線(xiàn)規范將規定保留區域的大小，該區域是天線(xiàn)附近和周?chē)仨氝h離金屬物體的區域。這將適用于PCB中的每一層。此外，不得在電路板任何層上的該區域內放置任何組件，甚至不要安裝螺釘。

天線(xiàn)輻射到接地平面，并且接地平面與天線(xiàn)工作的頻率有關(guān)。因此，為所選天線(xiàn)的接地平面提供正確的尺寸和空間是當務(wù)之急。

地平面

接地平面的大小還應考慮用于與設備通信的任何電線(xiàn)以及為設備供電的電池或電源線(xiàn)。如果接地平面尺寸合適，將確保連接到設備的電纜和電池對天線(xiàn)的影響較小

某些天線(xiàn)與接地平面有關(guān)，這意味著(zhù)PCB本身成為天線(xiàn)的接地部分，以平衡天線(xiàn)電流，而PCB的下層可能會(huì )影響天線(xiàn)的性能。在這種情況下，重要的是不要在天線(xiàn)附近放置電池或LCD。

制造商的數據表應始終規定天線(xiàn)是否需要接地平面輻射，如果需要，則規定所需接地平面的尺寸。這可能意味著(zhù)間隙區域應環(huán)繞天線(xiàn)。

靠近其他PCB組件

至關(guān)重要的是，使天線(xiàn)遠離可能干擾天線(xiàn)輻射方式的其他組件。需要警惕的物品是電池；液晶顯示器 金屬組件，例如USB，HDMI和以太網(wǎng)連接器；以及與開(kāi)關(guān)電源有關(guān)的嘈雜或高速開(kāi)關(guān)組件。

天線(xiàn)與另一個(gè)組件之間的理想距離根據該組件的高度而變化。通常，如果一條線(xiàn)與天線(xiàn)的底部成8度角繪制，則該組件如果位于該線(xiàn)下方，則與天線(xiàn)之間的安全距離。

如果附近有其他天線(xiàn)以相似的頻率工作，則可能會(huì )導致兩個(gè)天線(xiàn)失諧，因為它們會(huì )影響彼此的輻射。我們建議通過(guò)在高達1 GHz的頻率上至少隔離-10 dB的天線(xiàn)和在20 GHz的情況下至少-20 dB的天線(xiàn)來(lái)緩解這種情況。這可以通過(guò)在天線(xiàn)之間留出更大的距離或旋轉天線(xiàn)來(lái)完成，以使它們彼此之間相隔90度或180度放置。

設計傳輸線(xiàn)

傳輸線(xiàn)是射頻走線(xiàn)，將射頻能量傳送到天線(xiàn)或從天線(xiàn)傳出，以將信號傳送到無(wú)線(xiàn)電。傳輸線(xiàn)的設計需要為50，否則可能會(huì )將信號反射回無(wú)線(xiàn)電并導致信噪比（SNR）下降，這可能使無(wú)線(xiàn)電接收器失去意義。反射以電壓駐波比（VSWR）進(jìn)行測量。好的PCB設計將表現出合適的VSWR測量，可以在測試天線(xiàn)時(shí)進(jìn)行測量。

我們建議謹慎設計傳輸線(xiàn)。首先，傳輸線(xiàn)應該是筆直的，因為如果它有拐角或彎曲，則可能會(huì )造成損耗。通過(guò)在走線(xiàn)的兩側均勻放置過(guò)孔，可以將可能影響天線(xiàn)性能的噪聲和信號損失降至很低，因為通過(guò)隔離沿附近走線(xiàn)或接地層傳播的噪聲，有助于提高性能。

較細的傳輸線(xiàn)可能會(huì )造成更大的損耗。RF匹配組件和傳輸線(xiàn)的寬度應用于調整天線(xiàn)，使其在50Ω的特性阻抗下工作。 傳輸線(xiàn)的尺寸會(huì )影響性能，并且傳輸線(xiàn)應盡可能短以使天線(xiàn)性能良好。

如何獲得更好的性能？

如果允許正確的接地平面并將天線(xiàn)放置在非常好的位置，則您已經(jīng)有了一個(gè)不錯的開(kāi)始，但是可以做更多的事情來(lái)提高天線(xiàn)性能。您可以使用匹配的網(wǎng)絡(luò )來(lái)調諧天線(xiàn)-這將在某種程度上補償可能影響天線(xiàn)性能的任何因素。

關(guān)鍵的射頻組件是天線(xiàn)，其匹配網(wǎng)絡(luò )及其射頻輸出。將這些元件放在附近的配置將使信號損失最小化。同樣，如果您的設計包括匹配的網(wǎng)絡(luò )，則如果天線(xiàn)的走線(xiàn)長(cháng)度與制造商的產(chǎn)品規格中指定的走線(xiàn)長(cháng)度匹配，則天線(xiàn)將表現非常好。

PCB周?chē)耐鈿ひ部赡苡兴煌?。天線(xiàn)信號不能在金屬中傳播，因此將天線(xiàn)放置在金屬外殼或具有金屬特性的外殼中不會(huì )成功。

同樣，在將天線(xiàn)放置在塑料表面附近時(shí)請務(wù)必小心，因為這可能會(huì )對天線(xiàn)性能造成很大的損害。某些塑料（例如，玻璃纖維填充的尼龍）有損耗，并且會(huì )衰減到天線(xiàn)的RF信號。塑料的介電常數比空氣高，會(huì )嚴重影響信號。這意味著(zhù)天線(xiàn)將記錄更高的介電常數，從而增加了天線(xiàn)的電氣長(cháng)度并降低了天線(xiàn)輻射的頻率。 

我們建議使用高質(zhì)量的FR4電路板-它們不太可能造成RF性能問(wèn)題。