최고의 PCB 안테나 설계 소프트웨어가 안테나 구현을 용이하게 합니다

회로 기판 안테나 설계는 어떤 소프트웨어에게도 어려운 작업일 수 있지만, Altium Designer는 여러분의 BLE 안테나 설계 소프트웨어는 물론 그 이상의 역할을 할 수 있어야 합니다.

ALTIUM DESIGNER

안테나 설계가 문제 없이 배치되도록 보장하기

소비자 및 산업 수요는 더 작은 무선 장치에 대한 수요를 촉발시켰습니다. 이러한 장치들은 웨어러블 기술, Bluetooth Low Energy (BLE) 애플리케이션, 개인 통신 시스템, 사물 인터넷(IoT) 애플리케이션, 의료 기술, 자동차 고급 운전자 지원 시스템 및 기타 혁신적인 기술을 지원합니다. 이러한 각각의 애플리케이션과 기타 애플리케이션은 물리적인 발자국과 비용을 줄이면서 성능을 유지해야 하는 PCB 안테나를 요구합니다. 또한, PCB 안테나 설계는 일반적인 2.4 GHz 대역에서 밀리미터파 주파수에 이르기까지 다양한 주파수 요구 사항에도 반응해야 합니다.

PCB나 칩 안테나 위를 지나는 3차원 전선을 사용하는 대신, PCB 안테나 설계 소프트웨어는 인쇄 회로 기판 위에 그려진 트레이스로 구성됩니다. 안테나의 종류와 공간 제약에 따라, PCB 안테나 설계자가 사용하는 트레이스의 유형에는 직선 트레이스, 역 F형 트레이스, 미앤더 트레이스, 원형 트레이스 또는 꼬불꼬불한 트레이스가 포함됩니다. PCB 안테나의 2차원 구조는 제조업체가 제공한 사양을 충족시키기 위해 와 같은 강력한 안테나 설계 소프트웨어가 필요합니다.

최고의 PCB 안테나 시뮬레이션 소프트웨어는 혁신을 응용 프로그램에 맞춥니다

제조업체는 케이블과 커넥터를 포함한 이미 제작된 구성 요소로 PCB 안테나를 제공할 수 있습니다. 사용 가능한 PCB 안테나 옵션(예: BLE 안테나 설계, IoT 안테나 등)이 다양하기 때문에, 팀은 시스템 설계에 안테나를 추가하거나 전기적 및 기계적 요구 사항에 따라 안테나를 맞춤 설정할 수 있습니다. PCB 안테나 설계는 기본적인 마이크로스트립 패치부터 마이크로스트립 패치, 스트립 라인, 공평파 도파관(CPW) 전송 라인의 조합에 이르기까지 다양합니다. 일부 설계는 동일한 PCB 안테나 내에서 다른 유형의 전송 라인을 결합할 수도 있습니다.

PCB 안테나 설계 소프트웨어 선택은 응용 프로그램에 따라 달라집니다. 무선 마우스는 다른 응용 프로그램이 요구할 수 있는 것과 같은 RF 범위와 데이터 속도가 필요하지 않습니다. 사물 인터넷에 연결된 센서와 장치는 더 큰 RF 범위와 더 높은 데이터 속도를 요구합니다. 새로운 PCB 안테나 설계는 넓은 대역 주파수 범위를 요구하거나 같은 안테나로 여러 응용 프로그램을 지원해야 하는 시스템 응용 프로그램에 대응하여 듀얼 밴드 및 다중 주파수 밴드 커버리지를 특징으로 합니다.

RF 범위의 변화로 인해 동일한 전력 요구 사항을 가진 설계는 종종 다른 레이아웃을 가지고 있으며 안테나 설계에 대해 다른 원칙을 적용합니다. 응용 프로그램에 관계없이 안테나의 설계와 RF 레이아웃이 성능에 가장 큰 영향을 미칩니다. 또한, PCB 안테나 시뮬레이션 소프트웨어는 RF 트레이스에 대한 레이아웃 지침을 따라야 하며, PCB 스택업 및 접지에 대한 모범 사례를 준수하고, 전원 공급 장치 디커플링을 제공하며, 적절한 RF 수동 구성 요소로 구성되어야 합니다. 설계 및 제품 요구 사항의 차이는 PCB 안테나 설계 소프트웨어가 필요한 이유를 설립합니다.

예를 들어, 더 높은 이득을 요구하지 않는 일부 고주파 응용 프로그램은 회로 기판의 한쪽 면에 형성된 마이크로스트립 패치로 구성된 단극 PCB 안테나를 사용합니다. 이는 유전체에 의해 더 큰 접지면으로부터 분리됩니다. 다른 응용 프로그램은 특정 주파수에서 더 높은 이득을 요구하며 다층 구성을 사용할 수 있습니다. 어느 경우든, 대상 운영 주파수의 파장은 패치의 크기와 직접적인 관계가 있습니다.

PCB 안테나 설계는 기본적인 접근이 필요합니다

PCB 안테나 설계는 주요 성능 매개변수를 설정하는 것으로 시작됩니다. 이러한 매개변수에는

• 반환 손실
• 대역폭
• 방사 효율
• 방사 패턴, 그리고
• 이득이 포함됩니다.

모든 안테나는 일반적으로 50 옴의 전형적인 특성 임피던스를 가진 신호 피드와 일치해야 합니다. 안테나의 반환 손실은 불일치로 인해 안테나에 의해 반사된 입사 전력(dB)의 양을 보여주어 매칭의 품질을 나타냅니다. 무한한 반환 손실은 안테나가 신호 피드와 일치함을 보여줍니다. 완벽한 안테나 설계는 모든 에너지를 반사 없이 방사합니다. 일반적으로, 설계 팀은 10 dB의 반환 손실을 충분하다고 판단합니다; 입사 전력의 90%가 안테나로 방사됩니다.

안테나의 대역폭은 안테나의 주파수 응답을 측정합니다. 다른 관점에서 보면, 대역폭은 안테나가 관심 있는 전체 대역에서 신호 피드와 일치하는 능력을 측정합니다. BLE 안테나 설계를 고려할 때, 가장 큰 손실은 2.33 GHz와 2.55 GHz에서 발생하며, 가장 낮은 손실과 최고의 효율은 2.40 GHz와 2.48 GHz 사이에서 발생합니다. 대부분의 소비자 기기는 운영 환경에 의한 디튜닝의 영향을 최소화하기 위해 더 넓은 대역폭을 사용합니다.

방사 효율은 안테나에서 반사되지 않은 전력이 열이나 열손실로 소산되는 양을 설명합니다. 100 퍼센트의 방사 효율은 반사되지 않은 모든 전력이 자유 공간으로 방사된다는 것을 보여줍니다. PCB 안테나 설계에서, 열손실은 FR4 기판의 유전 손실과 도체 손실을 통해 발생합니다. 소형 폼 팩터 PCB 안테나는 가장 낮은 열손실과 가장 높은 방사 효율을 가집니다.

방사 효율과 함께, 안테나는 특정한 방사 전력을 가집니다. 이상적인 안테나 동작은 안테나 축에 수직인 평면에서 모든 방향으로 전력을 균등하게 방사합니다. 대부분의 PCB 안테나는 전방향 패턴으로 우수하지만 이상적이지는 않은 방사 효율을 가지고 있습니다. 방사 패턴은 가장 높고 낮은 방사를 하는 방향을 보여주기 때문에, 방사 효율은 애플리케이션에 대한 안테나의 방향을 어떻게 정할지를 보여줍니다. 안테나의 이득(dBi)은 이상적인 동작에 비해 관심 있는 방향에서의 방사 강도를 측정합니다.

이러한 매개변수를 관찰하는 것과 함께, PCB 안테나는 최적의 성능을 위해 적절한 크기의 접지면이 필요합니다. 간단한 설계 관점에서, 안테나는 LC 공진기로 동작합니다. 공진 주파수는 인덕턴스나 커패시턴스가 증가함에 따라 감소합니다. 더 큰 접지면은 커패시턴스를 증가시키고 공진 주파수를 감소시킵니다. 더 나은 접지는 더 나은 반환 손실을 달성합니다. 올바른 접지를 설정함으로써 PCB 안테나 설계자는 더 나은 성능을 가질 수 있습니다.

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PCB 안테나 설계는 도전을 제시합니다

고성능 PCB 안테나를 설계하려는 팀이 직면하는 여러 가지 도전 과제가 있습니다. 일부 응용 프로그램은 안테나 시스템의 성능을 향상시키기 위해 송신기와 수신기 양쪽에서 여러 안테나를 사용할 수 있습니다. 그러나 서로 가까운 위치에 있는 안테나 요소들은 상호 결합으로 인해 상호 작용하기 시작할 수 있습니다. 요소 간의 각 반응은 배열이 좋은 임피던스 매칭을 유지하는 능력에 영향을 미치고 전력을 낭비합니다. 또한, 전자기 결합은 안테나의 방사 패턴을 방해하고, 이득을 저해하며, 공진 주파수에 영향을 미칩니다.

또 다른 도전 과제는 안테나 민감도에 대한 인클로저의 영향을 포함합니다. 많은 경우, 인클로저에 사용되는 플라스틱은 공기보다 높은 유전 상수를 가집니다. 안테나와 인클로저 사이에 충분한 여유 공간이 없으면 안테나는 더 높은 유효 유전 상수를 보게 됩니다. 결과적으로, 안테나의 전기적 길이가 증가하고 공진 주파수가 감소합니다. 설계 팀은 항상 최종 플라스틱 인클로저가 제자리에 있고 제품이 일반적인 사용 시나리오에 설치된 상태에서 안테나 매칭 네트워크의 성능을 확인해야 합니다.

고주파에서는 부하로부터의 거리가 다를 때 RF 회로의 임피던스가 변합니다. RF 트레이스의 폭과 두께, 트레이스와 접지 사이의 여유 공간 및 기판 유형도 임피던스 변화량에 영향을 미칩니다. PCB 안테나 설계에서 동축 케이블, 마이크로스트립 라인, 공평파 도파관은 전송선으로 기능합니다. 일반적인 관행은 수동 회로를 매칭 네트워크로 사용하여 RF 트레이스의 특성 임피던스를 변환하고 매칭 소스와 부하 임피던스 사이의 최대 전력 전달을 보장하는 것입니다.

PCB 안테나를 사용하는 전자 제품 내에서 고속 회로의 사용은 전자기 간섭 및 방사 방출의 위험을 증가시킵니다. 집적 회로의 축소 및 마이크로프로세서의 클록 주파수 증가로 인한 동시 스위칭 노이즈(SSN)는 자체 간섭을 초래하거나 안테나가 전송하는 신호를 왜곡시키고 신호 대 잡음비에 부정적인 영향을 미치는 신호를 도입합니다. 마찬가지로, 안테나는 전송선을 따라 자체 간섭을 일으키고 PCB 전체의 신호를 저하시킬 수 있습니다.

좋은 안테나 설계 소프트웨어는 무엇을 제공합니까?

PCB 안테나 설계 소프트웨어는 PCB 안테나를 구성하는 필터, 마이크로스트립 라인, 그리고 수동 구성 요소들을 정확하게 분석합니다. 이 소프트웨어는 금속-유전체 층, 급전, 그리고 커넥터 유형을 표시함으로써 PCB 안테나 설계를 돕습니다. 현대 설계 요구 사항을 충족하기 위해, PCB 안테나 시뮬레이션 소프트웨어는 최적의 성능을 위한 안테나의 기하학적 및 전기적 특성을 제공합니다. 이러한 특성을 설정함으로써 소프트웨어는 올바른 안테나 임피던스와 방사 패턴을 모델링할 수 있습니다.

• PCB 설계에서 역-F 안테나의 설계 원칙을 활용하세요
• 이중 대역 안테나 설계로 EMI를 제어하세요
• 하이브리드 또는 컴팩트 프랙탈 안테나 사용에 대해 알아보세요

분석과 시뮬레이션은 설계 과정의 일부일 뿐입니다

Altium Designer는 회로 기판 안테나 문제를 해결합니다

Altium Designer는 일관된 PCB 안테나 성능에 필요한 임피던스 제어 및 매칭을 위한 스키마틱 에디터, PCB 에디터, 그리고 신호 무결성 분석 도구를 제공합니다. 스키마틱 에디터와 PCB 에디터는 출력 핀에서 목표 입력 핀까지 임피던스 매칭이 발생하도록 보장합니다. 또한, 에디터들은 회로 전체에서 매칭을 달성하기 위한 종단 구성 요소의 추가를 제안하며, PCB 안테나 간의 상호 결합을 방지하기 위해 사용되는 디커플링 커패시터 또는 재료를 제안합니다. 팀은 데이터베이스 라이브러리나 Altium Vault를 통해 BLE 안테나 설계와 같은 것을 지원하는 올바른 구성 요소를 찾을 수 있습니다.

Altium Designer의 신호 무결성 분석 도구는 수용할 수 없는 수준의 반사를 일으킬 수 있는 모든 네트를 식별합니다. 이 도구들은 또한 신호 반사와 크로스토크의 잠재적 수준을 예측하며 잠재적 종단 구성요소의 가상 분석을 제공합니다. 편집기, 설계 규칙, 그리고 Active Route의 조합은 신호 경로가 올바르게 발생하고 신호 경로 아래에 끊김 없는 반환 전류 경로가 존재하도록 보장합니다. 이러한 기술을 통해 Altium Designer는 EMI를 방지하고 최적의 PCB 안테나 설계 성능을 위한 최상의 설계를 제공합니다.

시계, 마이크로컨트롤러 및 스위칭 전원 공급 장치에 쉴드를 배치하는 것은 EMI를 제거하는 한 가지 해결책을 제공하지만, 모든 차폐는 전송된 신호를 차단하며 PCB 안테나 설계를 덮어서는 안 됩니다. Altium Designer는 라우팅을 위한 설계 규칙과 Active Route 기능의 조합으로 자체 간섭을 방지할 수 있습니다. 시계에서 나오는 출력 트레이스는 잡다한 RF 필드에 의해 유도된 전류를 줄이고 루프 영역을 최소화하기 위해 접지면 위로 실행되어야 합니다. Altium Designer는 또한 접지면의 최적 배치를 통해 자체 간섭을 일으킬 수 있는 넷 PCB 안테나를 제거하는 데 도움을 줍니다. 시계 바로 아래에 배치된 모든 접지면은 넷 안테나를 형성합니다.

Altium의 레이어 스택 관리자는 인쇄 회로 기판 설계에 사용되는 레이어를 정의하고 스택에 포함된 레이어 유형을 관리합니다. PCB 안테나를 설계할 때, 팀은 레이어 스택 관리자를 사용하여 각 레이어의 재료 유형, 두께, 유전 상수를 지정할 수 있습니다. Altium Designer는 또한 라우팅 폭 설계 규칙에 특성 임피던스 주도 폭 옵션을 포함하고 있습니다. 이 옵션은 임피던스를 폭 설정으로 변환하는 업계 표준 방정식을 적용합니다.

Altium Designer는 또한 팀이 기계적 데이터가 PCB 안테나에 미치는 영향을 볼 수 있게 해주는 3D PCB 레이아웃 도구를 제공합니다. 설계 팀은 구성 요소 모델을 라이브러리 편집기로 가져오고, 인클로저를 PCB 편집기로 가져와 정확한 충돌 테스트를 수행할 수 있습니다. Altium Designer는 ECAD와 MCAD 협업을 가능하게 하므로, 소프트웨어는 팀이 외부 물리적 제약 조건을 작업하고 적절한 보드 형태를 선택할 수 있게 합니다. 이러한 도구를 사용하여 설계 팀은 회로와 인클로저에 필요한 조정을 하여 플라스틱이 유전 상수에 영향을 미치지 않도록 합니다.

Altium의 통합 설계 환경은 PCB 안테나 설계를 더 쉽게 만듭니다

많은 PCB 안테나 시뮬레이션 소프트웨어 애플리케이션이 필요한 도구를 제공하는 동안, Altium Designer는 스키마틱과 회로 기판 도구를 하나의 환경에 배치합니다. Layer Stack Manager와 Signal Integrity Analysis 도구와 같은 강력한 설계 도구는 동일한 메뉴, 명령어, 그리고 기능 키에 응답합니다. Altium의 통합 설계 환경 내에서 발견된 도구의 완전한 스위트는 개념을 스키마틱에서 PCB 레이아웃, 설계 문서, 그리고 제작 및 생산으로 이동시킵니다.

• Altium Designer에서 회로 기판의 레이어 스택 정의에 대해 알아보세요.
• Altium Designer의 인터랙티브 라우팅에 대해 알아보세요.
• Altium Designer의 스마트 컴포넌트 배치에 대해 알아보세요.

어떤 디자인이든, 안심하고 디자인하세요.

Altium Designer의 혁신적인 소프트웨어는 BLE 안테나 디자인, 의료 기기, IoT 디자인 등 포함한 모든 잠재적인 디자인 요구를 달성하고 성공시킬 수 있습니다. 회로 기판이 가장 정확하고 안정적인 방법으로 생산으로 이전될 수 있는 보안을 제공하세요. 전자 제품을 올바르게 완성하기 위해 Altium Designer를 신뢰하세요.