패치 안테나용 동축 프로브 급전 설계 방법

PCB에서 패치 안테나를 구현하려면 다른 구성 요소나 외부 모듈에 연결해야 합니다. 이 연결은 종종 마이크로스트립 라인으로 배치되며, 고급 무선 시스템용 패치 안테나 어레이에서처럼 4분의 1 파장 매칭 라인이 가능합니다. 또 다른 방법은 SMA 또는 다른 동축 커넥터를 사용하지만 안테나와 같은 레이어에 있지 않습니다.

동축 급전 패치 안테나는 PCB의 한쪽 면에 패치 안테나를 사용하고 급전선은 PCB의 뒷면에 라우팅하는 것을 포함합니다. 두 레이어 사이의 연결은 비아를 사용하여 구현됩니다. 이 글에서는 이러한 유형의 급전선 방법을 구현하기 위한 주요 설계 방정식과 이러한 유형의 모듈의 간단한 예를 보여줄 것입니다.

패치 안테나에 대한 동축 급전

패치 안테나에 대한 동축 급전은 패치 안테나와 그 급전선 요소를 두 개의 다른 층에 배치하는 것을 포함합니다. 보통 우리는 패치를 상단 층에, 급전선 연결을 하단 층에 두게 됩니다. 그런 다음 급전선은 수직 SMD 동축 커넥터(예: Molex의 73251-1350과 같은 수직 SMA 커넥터)를 통해 PCB에 연결되며, 내부 비아가 주입된 신호를 패치 안테나로 라우팅합니다.

위에서 볼 수 있듯이, 패치 안테나가 비아에 연결되는 좌표는 안테나의 중심에 위치하지 않습니다. 이는 의도적인 것으로, 안테나 임피던스가 패치 안테나의 표면 전반에 걸쳐 변화하기 때문입니다. 따라서, 우리는 동축 케이블/커넥터의 임피던스와 일치하는 위치에서 프로브를 연결하고자 합니다. 이를 위해 우리는 먼저 안테나의 가장자리에서의 안테나 임피던스를 알아야 하며, 이를 사용하여 급전 위치를 결정할 수 있습니다.

동축 급전 설계 방정식

끝단 급전 패치 안테나에 사용되는 표준 설계 방정식은 이 유형의 설계에서 사용되는 패치의 크기를 결정하는 데 사용됩니다. 이 작업이 완료되면 동축 급전 위치를 결정할 수 있습니다. 패치 치수와 가장자리 급전 패치 임피던스에 대한 설계 방정식을 찾으려면 다른 기사(아래 링크)를 참조하십시오. 또한 저희의 패치 안테나 계산기를 사용할 수 있습니다:

• 패치 안테나 설계 방정식 및 계산기 보기

패치 임피던스와 길이를 찾은 후, 이를 사용하여 인셋 급전선 위치를 결정해야 합니다. 일반적으로, 우리는 매칭된 임피던스(보통 50 옴)를 가진 동축 케이블과 커넥터를 사용합니다. 이것은 우리가 패치 안테나와 매치시키고자 하는 목표 임피던스입니다. x방향을 따라(아래 참조) 어떤 위치에서 안테나의 임피던스가 50 옴이 될 것입니다. 이것이 급전선이 연결될 위치입니다.

x좌표의 위치는 아래에 표시된 방정식으로 찾을 수 있습니다.

요약하자면, 동축 프로브 배치의 설계 과정은 간단합니다:

1. 운영 주파수 및 스택업 선택
2. 주파수와 층 두께/Dk 값을 사용하여 안테나 크기 결정
3. 안테나의 가장자리 입력 임피던스 계산
4. 위의 방정식을 사용하여 프로브 위치의 x좌표 계산

스택업 디자인 방법

위의 첫 번째 이미지는 이 유형의 연결에 허용되는 스택업이 안테나가 상단 층에 있고 안테나의 접지면이 하단 층에 있는 2층 보드라는 것을 시사합니다. 표준 62 mil 두께의 2층 보드를 확실히 사용할 수 있지만, 이것이 엄격한 요구 사항은 아닙니다. 두 층 이상을 사용하는 이점은 PCB의 뒷면에 디지털 구성 요소와 고속 신호를 사용할 수 있게 하면서, 안테나는 PCB의 반대편에 격리되어 있다는 것입니다.

아래의 스택업 예제를 살펴보세요. 이 스택업에서는 L2와 L3에 GND를 배치할 수 있으며, 이는 L4에서 신호의 배치와 라우팅을 가능하게 합니다. 안테나가 L1에 배치될 때, L1 아래의 두께(이 경우 4 mils)가 패치 안테나 설계 방정식에서 기판 두께로 사용될 값입니다. 원한다면 더 많은 내부 레이어를 사용할 수도 있습니다.

CAD 도구에서 연결하기

아래 예제는 위에 보여진 4-레이어 스택업을 사용하며, L4에는 SMA 커넥터가, L1에는 안테나가 있습니다; L2와 L3는 접지입니다. 패치 안테나에 연결을 만들기 위해서는 SMA 커넥터의 중앙에서 직접 비아를 배치해야 하며, SMA가 비아 패드에 납땜될 수 있도록 채워지고 캡이 되어야 합니다.

이러한 유형의 비아는 약 5 GHz까지는 수용 가능합니다. 그 이상의 수준에서는, 비아 구조가 50 옴 목표 임피던스로 최적화되어야 하며, 이는 스티칭 비아를 사용하여 신호 전파와 패치 안테나 내부의 모드에 영향을 줄 수 있습니다. 이는 비아 임피던스가 다르기 때문입니다, 이 글에서 논의한 바와 같이.

다가오는 기사와 비디오에서, 저는 고주파에서 방송하기 위해 패치 안테나를 사용하는 예제 모듈을 보여줄 것이며, PCB의 뒷면을 통해 급전선을 사용하는 일련의 회로가 뒷면에 포함될 것입니다. 또한, 고주파수를 처리할 수 있는 뒷면을 통한 비아 스타일을 설정하는 방법도 다가오는 비디오에서 보여드릴 것입니다.

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