נקודות מפתח של מאמר זה.
-אנטנות RF מגיעות בצורות רבות, מאנטנות שטוחות המשולבות בשבב ועד לאנטנות נחושת המודפסות ישירות על ה-PCB.
-כאשר יוצרים פריסה עם אנטנה אחת או יותר, חשוב לוודא שבלוקי המעגלים השונים של ה-PCB מבודדים זה מזה.
-בתכנון אנטנת RF, יש להשתמש בכלי CAD, שיכולים לסייע בתכנון מבנים מבודדים, מבני מעבר ואפילו אנטנות מודפסות עבור ה-PCB.
כיום, קשה לדמיין מוצר אלקטרוניקה שאינו כולל אנטנה, ואפילו פותחני דלתות מוסך יכולים להיות מחוברים לטלפון סלולרי באמצעות בלוטות' או WiFi. בכל פעם שאנטנת RF חדשה מתווספת לפריסת PCB, היא יוצרת אתגרים חדשים עבור מעצב ה-RF, במיוחד מכיוון שהעיצובים הנוכחיים שוב מתמקדים במיומנויות עיצוב אנלוגיות. עם כל כך הרבה תכונות RF שמתווספות למחשבי PCB חדשים, איך מתכננים יכולים להבטיח שהאות במערכת לא פגום וששלמות האות נשמרת?
כמה אפשרויות עיצוב פשוטות יכולות להבטיח שאותות RF לא ייחלשו על ידי רכיבים דיגיטליים קרובים, אך גם יסייעו במניעת הפרעות בין אותות אנלוגיים מרובים. בעוד שיש הרבה היבטי עיצוב RF שיש לקחת בחשבון בעת תכנון מערכת RF מלאה או אות מעורב, עיצוב ופריסה של אנטנה הם כנראה השניים החשובים ביותר. להלן נלמד על עיצוב אנטנת RF בפריסת PCB וכיצד להבטיח שלמות אות אנלוגי.
יסודות עיצוב אנטנת RF
בעת תכנון אנטנה מותאמת אישית או בחירת אנטנת COTS עבור PCB RF, יש כמה נקודות בסיסיות שיש לעקוב אחריהם. לכל אנטנות ה-RF יש כמה מאפיינים מיוחדים שיש לקחת בחשבון בשלב התכנון. כל אנטנה צריכה לכלול את הרכיבים הבאים.
-רדיאטור מוליך צף: יחידת האנטנה המשמשת לפליטת קרינה.
-מישור התייחסות: מישור הייחוס או יחידת האנטנה עוזרים לקבוע את הכיווניות של מבנה האנטנה בכל מצב אנטנה.
-קו הזנה: קו הזנה משמש להעברת אות הכניסה מאלמנט ה-RF ליחידת האנטנה המקרינה.
-רשת התאמת עכבה: לאנטנה יש בדרך כלל עכבה של כ-10 אוהם ולכן יש להתאים אותה לעכבת קו ההזנה כדי למנוע השתקפויות וכדי להבטיח העברת הספק מקסימלית בתדר הנשא ורוחב הפס הרצויים.
עיצובים רבים של אנטנות סטנדרטיות נחקרו היטב. ניתן למצוא עיצובי עזר רבים באינטרנט, אותם ניתן להעתיק לפריסת ה-PCB שלך. אנו יכולים גם למצוא נוסחאות עיצוב רבות למבני אנטנה סטנדרטיים בספרי לימוד של הנדסת מיקרוגל. לבסוף, אם רוצים להשתמש באנטנת COTS RF, יש הרבה עיצובים זולים זמינים בשוק. לא משנה באיזו אנטנת RF תבחר להשתמש, יש למקם אותה בקפידה בפריסה כדי למנוע הפרעות בין חלקי הלוח השונים.
טיפים לפריסת אנטנת RF
לאחר תכנון האנטנה, עליך לקבוע היכן על ה-PCB עליך למקם אותה. מעצבי RF יכולים לקבל כמה טיפים ממעצבי אותות מעורבים (רוב לוחות ה-RF הם למעשה לוחות אותות מעורבים) כדי למנוע הפרעות בין החלקים הקדמיים, האחוריים והדיגיטליים של RF.
-קרינה יעילה: נועד להבטיח שהקרינה מיחידת האנטנה יוצאת מהלוח ולא תיקלט על ידי מבנים אחרים בפריסת ה-PCB.
-בידוד: שוב, אנחנו לא רוצים שחלקים מרובים של פריסת ה-PCB יפריעו ישירות אחד לשני.
-תאימות אלקטרומגנטית (EMC): לבסוף, יש צורך להבטיח שהפריסה לא תקבל אותות ממכשירים אחרים שעלולים לפלוט אותות בטווח רחב של תדרים.
בתכנון בפועל של PCB, רוב יעדי העיצוב מתחרים, אך ישנן שתי נקודות מפתח שיעזרו לאזן את יעדי התכנון הללו.
שמור על מעגלים נפרדים זה מזה בפריסת ה-PCB
זוהי נקודת עיצוב PCB בסיסית של אותות מעורבים, והיא חלה גם על הפריסה של אנטנת ה-RF. יש למקם את קטע האנטנה על הלוח ולהפריד משאר גושי המעגלים. באופן כללי, עדיף למקם את חלק האנטנה קרוב לקצה הלוח והרחק משאר הרכיבים האנלוגיים. זה מגביל את הקרינה החזקה למקום אחד על הלוח ומבטיח הפרעות מינימליות בין המקטעים.
האתגר ב-meshing הוא להבטיח שנתיבי החזרה של הקטעים השונים לא יפריעו זה לזה, מה שאחרת יוביל לצימוד רעשים והצלבה. שימוש בפותר השדה המשולב בכלי עיצוב PCB המתקדם יעזור לזהות סטיות בנתיב החזרה בעת יצירת הפריסה. עבור עיצובים בתדר גבוה, השתמש במבנה מישור הארקה רציף כדי להבטיח נתיב חזרה עקבי.
חלקי אנטנה מבודדים
טלפונים סלולריים מודרניים והתקני רשת נתונים במהירות גבוהה משתמשים במבני בידוד יצירתיים שהפכו לסטנדרט הזהב לטכנולוגיית בידוד RF. פשוט למדי, בידוד הוא מיקום של מיגון כלשהו סביב הרכיבים הרגישים ל-RF על הלוח כדי לעצור את התפשטות הגלים בין המשדר למקלט. הטבלה שלהלן מתארת חלק מהמבנים שניתן להשתמש בהם בחלק של אנטנות RF כדי לבודד רכיבים, קווי הזנה ואנטנות, או כדי לבודד מקורות רעש חיצוניים.
מבני בידוד ממוקמים בדרך כלל בין רכיבי RF כדי למנוע צימוד רעשים וחילופי חשמל ביניהם. קביעה באיזה מבנה בידוד להשתמש כדי להבטיח את שלמות אות אנטנת ה-RF היא בעיית עיצוב מורכבת שנחקרה ביסודיות על ידי התעשייה. אם איננו מומחים באינטגרציה אליפטית, עלינו להסתמך על פותרי שדות אלקטרומגנטיים (EM) כדי לקבוע כיצד מבנים אלו משפיעים על העכבה של אנטנת קו ההזנה/RF ועל רמת הבידוד שמבנים אלו מספקים.
אם נעשה שימוש בפותר שדה EM, ניתן להשתמש בסימולציות של שדה קרוב ושדה רחוק כדי לקבוע את האזורים של פריסת ה-PCB שבהם מתרחשות פליטות חזקות. לאחר זיהוי אזורים אלה, יחד עם התדרים הנפלטים, זה יעזור לקבוע באיזה סוג של אסטרטגיית בידוד יש להשתמש. עדיף להשתמש ישירות בתחום התדר (שיטת FDFD) במקום להשתמש בטרנספורמציה של פורייה כדי להמיר את תוצאות ה-FDTD.
עיצוב ויצירת פריסה של אנטנת RF דורשים תשומת לב נוספת לפרטים, ולכן הגיוני לנקוט משנה זהירות כדי להבטיח בידוד ושלמות האות של עיצוב ה-RF.
