Двухдиапазонный дизайн ПП (печатной платы) антенны: Контроль за ЭМП (электромагнитными помехами)

Если вы родились в 1980-х или ранее, вы, вероятно, помните те старые «кирпичные» мобильные телефоны с их огромными антеннами. Переместимся в настоящее, и большинство людей даже не осознают, что в их смартфонах есть антенны. Предложенные дизайны антенн прошли долгий путь с 80-х годов, и новые антенны могут отправлять и принимать сигналы в нескольких частотных диапазонах.

По мере развития мобильной индустрии и индустрии интернета вещей, электронные устройства продолжают использовать протоколы беспроводной связи для отправки и приема данных. Эти устройства будут нуждаться в коммуникации в нескольких частотных диапазонах для выполнения своих задач, и новые дизайны антенн будут продолжать появляться на печатных платах. Двухдиапазонные антенны объединяют две антенны в одном модуле и помогут вам сэкономить ценное пространство в вашей компоновке печатной платы.

Двухдиапазонные антенны в вашей печатной плате

Двухдиапазонная антенна - это антенна, которая может отправлять и принимать сигналы в двух разных частотных диапазонах. Эти антенны могут работать на этих различных частотах индивидуально или одновременно, в зависимости от возможностей конкретной антенны. Стандартные всенаправленные дизайны антенн, такие как монопольная, дипольная или щелевая антенна, могут быть модифицированы для обеспечения двухдиапазонного излучения.

Печатная плата с модулем дипольной антенны

Двухдиапазонные антенны на печатных платах, работающие на частотах 2,4 ГГц и 5,8 ГГц, уже доступны. Такой тип антенны позволяет устройству работать согласно различным стандартам IEEE и расширяет его возможности связи за пределами WiFi. Некоторые мобильные телефоны используют двухдиапазонную связь, отдельную от WiFi.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

Вместо выбора готового антенного модуля, двухдиапазонную антенну можно легко интегрировать в ваше устройство. Интегрированная антенна может быть напечатана непосредственно на печатной плате и имеет более низкие производственные и сборочные затраты по сравнению с внешним антенным модулем. Поскольку внешние двухдиапазонные антенные модули печатаются на своих собственных печатных платах, проектирование и печать вашей собственной интегрированной антенны может помочь вам сохранить меньший размер.

Если проектирование печатной антенны не ваш конек, другой вариант, позволяющий сохранить малые размеры, - использование в вашей компоновке керамической чип-антенны двухдиапазонного типа. Эти чипы недороги и доступны во множестве вариантов частот. Они также согласованы по импедансу на 50 Ом, соответствуют отраслевым стандартам и имеют высокий линейный усилитель.

Печатная двухдиапазонная антенна

Печать двухдиапазонной антенны непосредственно на вашей печатной плате может быть сложной задачей, и существует ряд аспектов дизайна, которые следует учитывать. Любое устройство с высокой скоростью передачи данных должно следовать стандартным рекомендациям по проектированию высокоскоростных устройств.

Если ваше устройство будет работать в широком диапазоне температур, расширение/сжатие объема может вызвать изменение резонансной частоты антенны. Это изменяет мощность, передаваемую или принимаемую на заданной несущей частоте.

Если вы используете металл с небольшим коэффициентом теплового расширения, вы можете минимизировать изменения объема. Важно согласовать тепловой коэффициент вашего металла и дорожек с коэффициентом материала платы. Большое несоответствие может привести к отслоению или разрыву при экстремальных температурах.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions

Как только вы определитесь с геометрией и спланируете свой дизайн, вам нужно будет согласовать импеданс. Большинство коммерчески доступных антенн уже согласованы с импедансом 50 Ом на частоте 2,4 ГГц, и вам нужно будет сделать то же самое со своей пользовательской антенной. Любое несоответствие импеданса между антенной и ее драйвером/приемником может быть компенсировано с помощью двух индукторов и двух конденсаторов.

Базовое понимание диаграммы Смита необходимо для согласования импеданса антенн. Коротко говоря, диаграмма Смита помогает визуализировать точное несоответствие импеданса между антенной и нагрузкой. Размещение индуктора и конденсатора будет зависеть от точного несоответствия между импедансом антенны и нагрузки.

Одна пара конденсатор/индуктор будет размещена последовательно с антенной или нагрузкой, а другая пара будет размещена как шунтирующие элементы. Согласование импеданса одного диапазона влияет на согласование другого диапазона, поэтому каждый диапазон не может быть согласован последовательно. Размещение ваших последовательных и шунтирующих элементов требует некоторых проб и ошибок, а также немного опыта.

Когда вы говорите, что вы ребенок по душе, я надеюсь, это не относится к вашим проектам печатных плат

Самоподавление ЭМИ

Если меры по контролю за ЭМИ не реализованы в вашей печатной плате, ваша антенна может вызвать самоподавление. Самоподавление происходит, когда излучающий элемент (например, излучающий осциллятор) индуцирует сигнал где-то в цепи. Это снижает отношение сигнал/шум и может исказить сигнал, передаваемый с передающей антенны. Впервые это явление было названо «самозатуханием» в сообществе FM радио и, более недавно, стало серьезной проблемой в RFID чипах.

Электронные компоненты на вашей печатной плате, такие как генераторы, микроконтроллеры и импульсные источники питания, могут вызывать самопомехи в вашей печатной плате и ухудшать один или оба сигнала, отправляемых и принимаемых вашей двухдиапазонной антенной. Высшие гармоники в любом из этих компонентов могут производить нежелательные излучения, которые мешают сигналу антенны. Точно так же ваша антенна может вызывать самопомехи в этих компонентах и может ухудшать сигналы в остальной части вашей печатной платы.

В зависимости от расположения компонентов на вашей печатной плате, экранирование может быть одним из вариантов предотвращения самопомех. Будьте осторожны, чтобы не экранировать саму антенну, так как передаваемые сигналы будут блокироваться экранированием и никогда не достигнут своего пункта назначения. Если форм-фактор позволяет, критически важные компоненты, такие как микроконтроллеры и электроника, поддерживающая вашу антенну, могут быть экранированы, в то время как ваша антенна остается неэкранированной на той же плате.

Размещение экранирования может быть неуместным для всех конструкций, особенно когда компоновка очень сложная. Когда дизайн ограничен форм-фактором, существует ряд практик проектирования, которые могут помочь снизить восприимчивость к самопомехам и к ЭМИ в целом.

Особое значение имеет размещение вашего тактового генератора и его земляной плоскости. Важно прокладывать выходные трассы от вашего тактового генератора над его земляной плоскостью, чтобы минимизировать площадь петли, поскольку это снижает любые токи, индуцируемые за счет стрей-радиочастотных полей. Однако земляная плоскость не должна располагаться непосредственно под самим тактовым генератором, так как это формирует антенну с центральной подачей. Устранение таких сетевых антенн является одним из лучших способов предотвращения самопомех.

С передовыми функциями и обширной библиотекой компонентов, позволяющими вам реализовывать двухдиапазонные антенны в вашем дизайне печатной платы, Altium Designer может стимулировать ваше проектирование. В нем также есть отличные инструменты CAD, позволяющие вам разрабатывать собственные двухдиапазонные антенны.

Если вас интересует получение дополнительной информации о проектировании с двухдиапазонными антеннами, обратитесь к эксперту Altium Designer сегодня.