Thiết kế Ăng-ten PCB Băng Tần Kép: Kiểm Soát EMI của Bạn

Nếu bạn sinh ra vào những năm 1980 hoặc sớm hơn, có lẽ bạn còn nhớ những chiếc điện thoại di động cồng kềnh giống như gạch và những ăng-ten khổng lồ của chúng. Tiến nhanh đến hiện tại, và hầu hết mọi người thậm chí không nhận ra rằng smartphone của họ có ăng-ten. Các thiết kế ăng-ten được đề xuất đã có bước tiến dài kể từ những năm 80, và ăng-ten mới có thể gửi và nhận ở nhiều dải tần số hơn.

Khi ngành công nghiệp di động và IoT tiếp tục phát triển, các thiết bị điện tử tiếp tục sử dụng các giao thức truyền thông không dây để gửi và nhận dữ liệu. Những thiết bị này sẽ cần giao tiếp ở nhiều dải tần số khác nhau để thực hiện công việc của mình và các thiết kế ăng-ten mới sẽ tiếp tục xuất hiện trên PCB. ăng-ten đôi băng tần tích hợp hai ăng-ten vào một mô-đun duy nhất và sẽ giúp bạn tiết kiệm không gian quý báu trên bố cục PCB của mình.

ăng-ten Đôi Băng Tần trong PCB của Bạn

Một ăng-ten đôi băng tần là ăng-ten có thể gửi và nhận ở hai dải tần số khác nhau. Những ăng-ten này có thể hoạt động trên các tần số khác nhau một cách riêng lẻ hoặc đồng thời, tùy thuộc vào khả năng của từng ăng-ten. Các thiết kế ăng-ten omnidirectional tiêu chuẩn, như ăng-ten đơn cực, ăng-ten đôi cực, hoặc ăng-ten khe, có thể được chỉnh sửa để thể hiện phát xạ đôi băng tần.

PCB với mô-đun ăng-ten đôi cực

Anten đôi băng tần trên PCB đã có sẵn, có thể hoạt động ở 2.4 GHz và 5.8 GHz. Loại anten này cho phép một thiết bị hoạt động theo các tiêu chuẩn IEEE khác nhau và mở rộng phạm vi khả năng giao tiếp của nó ngoài WiFi. Một số điện thoại di động sử dụng giao tiếp đôi băng tần riêng biệt với WiFi.

Thay vì chọn một mô-đun anten sẵn có, một anten đôi băng tần có thể dễ dàng được tích hợp vào thiết bị của bạn. Một anten tích hợp có thể được in trực tiếp lên PCB và có chi phí sản xuất và lắp ráp thấp hơn so với một mô-đun anten bên ngoài. Vì các mô-đun anten đôi băng tần bên ngoài được in trên PCB riêng của chúng, việc thiết kế và in anten tích hợp của riêng bạn có thể giúp bạn duy trì một kích thước nhỏ gọn.

Nếu thiết kế một anten in không phải là sở thích của bạn, một lựa chọn khác giữ kích thước nhỏ gọn là sử dụng một anten đôi băng tần chip gốm trong bố cục của bạn. Những chip này có chi phí thấp và có nhiều lựa chọn tần số. Chúng cũng được khớp trở kháng ở 50 Ohm, đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp và có lợi ích tuyến tính cao.

Anten Đôi Băng Tần In

In việc in ăng-ten đôi băng tần trực tiếp lên PCB của bạn có thể gặp nhiều thách thức và có một số khía cạnh thiết kế cần được xem xét. Bất kỳ thiết bị nào có tốc độ truyền dữ liệu cao đều phải tuân theo hướng dẫn thiết kế tốc độ cao tiêu chuẩn.

Nếu thiết bị của bạn hoạt động trong phạm vi nhiệt độ rộng, sự giãn nở/thu hẹp thể tích có thể gây ra sự thay đổi trong tần số cộng hưởng của ăng-ten. Điều này thay đổi công suất truyền hoặc nhận tại tần số mang mong muốn.

Nếu bạn sử dụng một kim loại có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ, bạn có thể giảm thiểu sự thay đổi thể tích. Việc khớp hệ số nhiệt của kim loại và đường dẫn của bạn với vật liệu bảng mạch là rất quan trọng. Sự không khớp lớn có thể dẫn đến tình trạng bong tróc hoặc gãy vỡ ở nhiệt độ cực đoan.

Sau khi bạn đã quyết định về một hình dạng và lên kế hoạch cho thiết kế của mình, bạn sẽ cần phải khớp trở kháng. Hầu hết các ăng-ten có sẵn trên thị trường đã được khớp với trở kháng 50 Ohms tại 2.4 GHz, và bạn cũng cần phải làm điều tương tự với ăng-ten tùy chỉnh của mình. Bất kỳ sự không khớp trở kháng nào giữa ăng-ten và bộ phát/nhận của nó có thể được bù đắp bằng cách sử dụng hai cuộn cảm và hai tụ điện.

Việc hiểu cơ bản về Sơ đồ Smith là cần thiết cho việc khớp trở kháng ăng-ten. Nói ngắn gọn, Sơ đồ Smith giúp hình dung chính xác sự không khớp trở kháng giữa ăng-ten và tải. Việc đặt cuộn cảm và tụ điện sẽ phụ thuộc vào sự không khớp cụ thể giữa trở kháng của ăng-ten và tải.

Một cặp tụ điện/cuộn cảm sẽ được đặt nối tiếp với ăng-ten hoặc tải, và cặp kia sẽ được đặt như các yếu tố shunt. Việc khớp trở kháng của một băng tần ảnh hưởng đến việc khớp trở kháng của băng tần khác, do đó không thể khớp trở kháng cho từng băng tần một cách tuần tự. Việc đặt các yếu tố nối tiếp và shunt đòi hỏi một số thử nghiệm và một chút kinh nghiệm.

Khi bạn nói rằng bạn vẫn còn trẻ con trong trái tim, tôi hy vọng điều đó không được dịch sang thiết kế PCB của bạn

EMI Tự Gây Nhiễu

Nếu các biện pháp kiểm soát EMI không được thực hiện trong PCB của bạn, ăng-ten của bạn có thể gây ra hiện tượng tự gây nhiễu. Tự gây nhiễu xảy ra khi một yếu tố phát sóng (như một dao động phát sóng) gây ra một tín hiệu nào đó trong mạch. Điều này làm giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu và có thể làm méo tín hiệu được gửi từ ăng-ten phát. Thuật ngữ này lần đầu tiên được gọi là “tự làm yên” trong cộng đồng radio FM và, gần đây hơn, là một vấn đề nghiêm trọng trong chip RFID.

Các thành phần điện tử trên PCB của bạn, như đồng hồ, vi điều khiển, và nguồn cấp điện chuyển mạch, có thể gây nhiễu chính cho PCB của bạn và làm giảm chất lượng một hoặc cả hai tín hiệu được gửi và nhận bởi ăng-ten đa băng tần của bạn. Các hài cấp cao hơn trong bất kỳ thành phần nào trong số này có thể tạo ra bức xạ không mong muốn làm nhiễu tín hiệu ăng-ten. Tương tự, ăng-ten của bạn có thể gây nhiễu chính cho các thành phần này và có thể làm giảm chất lượng tín hiệu trong phần còn lại của PCB của bạn.

Tùy thuộc vào cách bố trí các thành phần trên PCB của bạn, chắn có thể là một lựa chọn để ngăn chặn nhiễu chính. Hãy cẩn thận không chắn chính ăng-ten, vì tín hiệu truyền đi sẽ bị chặn bởi chắn và sẽ không bao giờ đến được điểm đến. Nếu kích thước hình dạng của bạn cho phép, các thành phần quan trọng như vi điều khiển và các linh kiện điện tử hỗ trợ ăng-ten của bạn có thể được chắn, trong khi ăng-ten của bạn được để không chắn trên cùng một bảng mạch.

Việc đặt chắn có thể không phù hợp với tất cả các thiết kế, đặc biệt là khi bố cục rất phức tạp. Khi thiết kế bị hạn chế bởi kích thước hình dạng, có một số phương pháp thiết kế có thể giúp giảm sự nhạy cảm với nhiễu chính và với EMI nói chung.

Điều đặc biệt quan trọng là việc đặt bộ phận đồng hồ và mặt đất của nó. Việc chạy các đường dẫn ra từ bộ phận đồng hồ trên mặt đất của nó để giảm thiểu diện tích vòng lặp là quan trọng, vì điều này giảm bớt bất kỳ dòng điện nào được tạo ra do các trường RF lạc đường. Nhưng mặt đất không nên được đặt ngay dưới bộ phận đồng hồ vì điều này tạo thành một ăng-ten vá trung tâm. Loại bỏ các loại ăng-ten mạng như vậy là một trong những cách tốt nhất để ngăn chặn tự gây nhiễu.

Với chức năng tiên tiến và thư viện linh kiện rộng lớn cho phép bạn triển khai ăng-ten hai băng tần trong thiết kế PCB của mình, Altium Designer có thể khuyến khích thiết kế của bạn. Nó cũng có công cụ CAD xuất sắc cho phép bạn tự thiết kế ăng-ten hai băng tần của mình.

Nếu bạn quan tâm đến việc tìm hiểu thêm về cách thiết kế với ăng-ten hai băng tần, hãy nói chuyện với một chuyên gia Altium Designer ngày hôm nay.