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为无线设备添加天线的全设计流程

装饰工程通讯 2025-02-09 0

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产品是无线的并且须要额外天线时,设计周期会有所不同。
天线会改变设计过程,由于必须小心地将其放置在PCB的最佳位置,因此必须考虑天线与设计中其他某些组件的关系,这一点很主要。

空想情形下,设计职员应在考虑其他组件之前就进行射频设计。
在本文中,我们将从选择最得当的天线开始,磋商天线在设计周期中的其他阶段。

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天线选择

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(图片来自网络侵删)

最受欢迎的嵌入式天线是表面安装设备(SMD)。
它们之以是受欢迎,紧张是由于它们有效利用了电路板空间,而且还由于它们可以在设备内实现出色的性能。
这些天线很小。
它们的宽度可以小至1毫米,并在电路板组装过程中直接回流焊到PCB上。
常日,它们是由高等电介质层压基板制造的。

设计职员还可以考虑利用现成的天线模块。
这些天线与其他组件装在一个小封装中,可以放入设计中。
选择天线模块的紧张优点是可以将其插入设计中,并且射频电路已准备就绪。

柔性印刷电路(FPC)天线可能是一个有趣的选择,个中设计的组件布局被限定在可用的电路板空间中,或者由于某种缘故原由,SMD天线不随意马虎安装。
FPC包括一层薄薄的铜覆带,一条完全的电缆和一个将其连接到电路板上的UFL连接器。
它足够薄,表面可波折,可塞入设备内的狭小空间中,也可固定在设计的外壳内。
FPC是空间狭窄的空想选择,并且在小型手持设备中很受欢迎。

如果设备的设计包含可能会影响性能的材料,则设计职员可以选择外部天线(图1)。
嵌入式天线每每无法随意马虎被金属件所屏蔽,因此,如果在设计中加入了大型金属件,则放置在设备外部的终端或机壳安装天线可能会供应最佳性能。

图1,外部天线选项包括(从左到右)SMD天线,FPC天线或外部天线。
资料来源:Antenova

这些天线自身由绝缘材料制成,以隔离RF旗子暗记,如果附近有金属部件,它们的性能仍将保持最小的损耗。
盒装天线为PCB上的其他组件开释了空间,并且由于它们对设计中的其他部分不那么敏感,因此易于集成。

天线放置

在范例的无线设计中的所有组件中,天线可能对其位置最敏感。
因此,建议一开始就确定天线的位置。

SMD天线直接焊接到主机PCB上,天线的位置对其RF性能有影响。
天线常日会沿着天线的长度沿一条轴在六个方向上辐射。
这意味着应具有尽可能多的方向,且没有反射性和接管性障碍。
因此,常日将天线放置在PCB的一角,或设计成可在PCB的一个边缘上利用。
制造商将天线设计为在不同位置事情,每个天线的数据表将准确解释天线的辐射办法以及如何将其放置在主机PCB上以优化性能。

图2将SMD天线放置在PCB的长边上。
资料来源:Antenova

须要将某些组件放置在尽可能阔别天线的位置,由于它们会产生噪声并可能对天线的辐射性能产生阻抗。
引起滋扰的紧张罪魁罪魁是电动机,电池和任何金属含量高的组件,例如LCD。

末了,设备的外壳也可能导致天线辐射场的中断。
如果设备有塑料盖,请小心,由于塑料的介电常数比空气高,并且可能会使天线的谐振频率失落谐。

射频的接地层和电路板设计

SMD天线常日须要接地平面才能辐射。
在嵌入式设计中,接地层是PCB的一部分,为RF旗子暗记往来来往供应了平坦的连续表面。
接地平面必须具有一定的长度,该长度与天线的最长波长有关。
因此,至关主要的是为PCB上的接地层供应精确的空间,由于这将使天线有效地辐射。

根据在天线制造商的数据表中进行解释。
有时,地平面在天线下方,有时在其附近。
这将因天线而异,这是选择SMD天线的一个成分。

天线除了须要接地层外,常日还须要在天线周围留出一定的空间,以避开任何其他组件(避开区域)。
每个天线的净空保持哀求对付每个单独的天线也是唯一的,并且这些区域将须要保持阔别其他组件的间隔,如果不是天线下方的板子,则可能须要通过几层。

如果从无线电到天线的射频走线尽可能短,则设备的射频性能将是最好的。
这是由于较长的传输线更随意马虎在铜线上产生反射和旗子暗记能量丢失,这会降落设备的整体辐射性能。
因此,我们建议将设计的射频元件放置在尽可能靠近天线的位置。

一些设计将从射频电路内的元件匹配电路(例如Pi匹配电路)中受益,以调谐天线改进事情带宽。

图3具有有源调谐电路的天线设计可以战胜带宽较小的接地平面所带来的带宽降落。
资料来源:Antenova

Gerber审查和RF测试

在完成设计之前,对Gerber文件布局进行检讨可以很好地检讨PCB设计叠层中的RF电路和传输线,并将标记出禁绝确的区域。
Gerber审查检讨天线,模块,传输线,过孔和PCB材料是否均已针对良好的RF性能进行了优化。
一些天线设计公司会收取Gerber评论的用度,而另一些则免费供应,或者您可以为此目的利用软件设计包。

下一个测试将是丈量天线在其PCB上的性能。
这是在暗室中完成的。
但是,天线可能会在腔室的完美条件下正常事情,但在终极运用中表现不同,在该终极运用中,环境中的人和物体可能会影响天线的辐射办法。
因此,对付可穿着设备或靠近人体利用的医疗设备的设计,应利用暗室内的机器手对天线进行调谐和测试。

其他一些测试可以评估设计在现实生活中的运行状况:无源测试,空中(OTA)测试和合成孔径雷达(SAR)。
将丈量结果的效率,杂散发射,总辐射功率和总各向同性灵敏度。

测试设计至关主要,以确保设备在日常利用中能够精确运行,并且不会产生辐射或滋扰。
在设计须要运营商网络批准的情形下,这些测试至关主要,常日须要利用专业的RF测试做事。

末了,蜂窝网络的每个设计都必须经由移动网络运营商的认证,以得到在其网络上利用的批准。

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