Cách Thiết Kế Dây Dẫn Coaxial Cho Ăng-ten Dạng Miếng

Việc triển khai một ăng-ten vá trên PCB đòi hỏi phải kết nối với một linh kiện khác hoặc mô-đun bên ngoài. Kết nối này thường được đặt dưới dạng đường dẫn microstrip, có thể kèm theo một đường dẫn khớp sóng bằng một phần tư bước sóng, như trong mảng ăng-ten vá cho các hệ thống không dây tiên tiến. Có một phương pháp khác liên quan đến việc sử dụng đầu nối SMA hoặc đầu nối đồng trục khác, nhưng không nằm trên cùng một lớp với ăng-ten.

Ăng-ten vá được cấp dẫn qua đồng trục bao gồm việc sử dụng một ăng-ten vá ở một bên của PCB, trong khi đường dẫn cấp dẫn được đặt ở mặt sau của PCB. Kết nối giữa hai lớp được thực hiện bằng cách sử dụng một via. Bài viết này sẽ trình bày các phương trình thiết kế chính để triển khai phương pháp đường dẫn cấp dẫn này, cũng như một ví dụ đơn giản về loại mô-đun này.

Cấp Dẫn Đồng Trục cho Ăng-ten Vá

Cấp nguồn đồng trục cho ăng-ten vá liên quan đến việc đặt ăng-ten vá và phần tử đường dẫn nguồn của nó trên hai lớp khác nhau. Thông thường, chúng ta sẽ đặt ăng-ten trên lớp trên cùng, và kết nối đường dẫn nguồn ở lớp dưới cùng. Sau đó, đường dẫn nguồn sẽ được kết nối với PCB thông qua một kết nối đồng trục SMD dọc (ví dụ, một kết nối SMA dọc như 73251-1350 từ Molex), và một lỗ vias nội bộ sẽ định tuyến tín hiệu được tiêm vào ăng-ten vá.

Như chúng ta có thể thấy ở trên, tọa độ nơi ăng-ten vá gắn vào lỗ vias không nằm ở trung tâm của ăng-ten. Điều này là cố ý bởi vì trở kháng của ăng-ten thay đổi trên bề mặt của ăng-ten vá. Do đó, chúng ta muốn kết nối đầu dò tại vị trí mà trở kháng đầu vào vào ăng-ten phù hợp với trở kháng của cáp/đầu nối đồng trục. Để làm điều này, trước tiên chúng ta cần biết trở kháng của ăng-ten ở rìa của ăng-ten, và chúng ta có thể sử dụng điều này để xác định vị trí cấp nguồn.

Phương trình Thiết kế Cấp Nguồn Đồng Trục

Bộ tiêu chuẩn các phương trình thiết kế cho ăng-ten vá cuối được sử dụng để xác định kích thước vá sử dụng trong loại thiết kế này. Sau khi hoàn thành, vị trí nối cáp đồng trục có thể được xác định. Để tìm các phương trình thiết kế cho kích thước vá và trở kháng ăng-ten vá cạnh có thể tìm thấy trong một bài viết khác (được liên kết bên dưới). Bạn cũng có thể sử dụng máy tính ăng-ten vá của chúng tôi:

• Xem phương trình thiết kế ăng-ten vá và máy tính

Sau khi tìm được trở kháng và chiều dài của vá, những thông số này cần được sử dụng để xác định vị trí dây nối vào. Thông thường, chúng tôi sử dụng cáp đồng trục và một đầu nối với trở kháng khớp (thông thường là 50 Ohm). Đây là trở kháng mục tiêu mà chúng tôi muốn khớp với ăng-ten vá. Tại một vị trí nào đó dọc theo hướng x (xem bên dưới), sẽ có một vị trí cụ thể mà tại đó trở kháng của ăng-ten sẽ là 50 Ohm. Đây là vị trí mà dây nối sẽ được kết nối.

Vị trí của tọa độ x được tìm thấy với phương trình được hiển thị bên dưới.

Tóm lại, quy trình thiết kế cho việc đặt sonda đồng trục là đơn giản:

1. Chọn tần số hoạt động và cấu trúc xếp chồng
2. Sử dụng tần số và giá trị độ dày lớp/Dk để xác định kích thước ăng-ten
3. Tính trở kháng đầu vào ở cạnh cho ăng-ten
4. Sử dụng phương trình trên để tính toán tọa độ x cho vị trí đặt đầu dò

Cách Thiết kế Cấu trúc Xếp Chồng

Hình ảnh đầu tiên ở trên ngụ ý rằng cấu trúc xếp chồng duy nhất được phép cho loại kết nối này là bảng mạch 2 lớp, nơi ăng-ten ở lớp trên cùng và mặt đất của ăng-ten ở lớp dưới cùng. Mặc dù một bảng mạch dày tiêu chuẩn 62 mil với 2 lớp hoàn toàn có thể được sử dụng, nhưng đây không phải là yêu cầu bắt buộc. Lợi ích khi sử dụng nhiều hơn hai lớp đến từ khả năng sử dụng các thành phần số và tín hiệu tốc độ cao ở mặt sau của PCB, trong khi ăng-ten được cô lập ở phía đối diện của PCB.

Hãy xem ví dụ về cấu trúc xếp chồng dưới đây. Trong cấu trúc này, chúng ta có thể đặt GND trên L2 và L3 vì điều này sẽ cho phép đặt và định tuyến tín hiệu trên L4. Khi ăng-ten được đặt trên L1, độ dày phía dưới L1 (trong trường hợp này là 4 mils) sẽ là giá trị được sử dụng cho độ dày của lớp nền trong các phương trình thiết kế ăng-ten vá. Có thể sử dụng thêm các lớp nội bộ nếu muốn.

Kết nối trong Công cụ CAD

Ví dụ dưới đây sử dụng cấu trúc xếp chồng 4 lớp được hiển thị ở trên, với một kết nối SMA trên L4 và ăng-ten trên L1; L2 và L3 là mặt đất. Để thực hiện kết nối với ăng-ten vá, một via nên được đặt trực tiếp từ trung tâm của kết nối SMA, và nó nên được làm đầy + đậy kín để SMA có thể được hàn vào pad của via.

Loại via này sẽ được chấp nhận đến khoảng 5 GHz. Vượt qua mức đó, cấu trúc via sẽ cần được tối ưu hóa đến mục tiêu trở kháng 50 Ohm với các via khâu, có thể ảnh hưởng đến sự truyền dẫn tín hiệu và các chế độ trong bên trong của ăng-ten vá. Điều này là do trở kháng của via phân kỳ, như tôi đã thảo luận trong bài viết này.

Trong một bài viết và video sắp tới, tôi sẽ giới thiệu một ví dụ về mô-đun sử dụng ăng-ten vá để phát sóng ở tần số cao, và nó sẽ bao gồm một bộ mạch ở lớp sau cùng sử dụng đường dẫn tín hiệu qua mặt sau của PCB. Tôi cũng sẽ chỉ cách thiết lập kiểu via qua lớp sau có thể xử lý tần số cao hơn trong video sắp tới.

Bất cứ khi nào bạn cần đặt ăng-ten và thiết kế phương pháp dẫn tín hiệu, bạn có thể sử dụng bộ công cụ CAD đầy đủ trong Altium Designer®. Khi bạn hoàn thành thiết kế và muốn gửi các tệp cho nhà sản xuất, nền tảng Altium 365™ giúp việc hợp tác và chia sẻ dự án của bạn trở nên dễ dàng.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.