嵌入式天線的5個(gè)設(shè)計(jì)技巧

將天線設(shè)計(jì)成嵌入式或嵌入式的無(wú)線設(shè)備需要特別注意,以最大限度地提高性能。

在設(shè)計(jì)無(wú)線設(shè)備時(shí),要注意在電路板上放置天線。電路板上的空間、位置、間隙、地面以及與其他部件的正確連接都影響到天線的性能。從最初的設(shè)計(jì)概念中糾正這些方面,將有助于實(shí)現(xiàn)一個(gè)成功的發(fā)射和可靠的無(wú)線性能。

在制造商數(shù)據(jù)表中概述的自由空間中表現(xiàn)良好的天線在安裝在設(shè)備中時(shí)可能會(huì)有不同的性能。在最壞的情況下,天線擠進(jìn)設(shè)計(jì)階段結(jié)束時(shí)的一個(gè)空間,而不考慮制造商打算的布局指南,很可能功能不良。設(shè)計(jì)需要修改,這增加了成本,延長(zhǎng)了市場(chǎng)時(shí)間。遵循這五項(xiàng)基本原理設(shè)計(jì)嵌入式天線到電子設(shè)備,并獲得一個(gè)正確的設(shè)計(jì)第一次。

天線放置

由于天線對(duì)周圍環(huán)境敏感,因此天線在設(shè)備中的一般位置可能有助于或妨礙設(shè)計(jì)。將天線放置在一個(gè)位置,保護(hù)它不受可能對(duì)天線造成電氣干擾的物體的影響。

人體吸收射頻能量。如果你正在設(shè)計(jì)一個(gè)可穿戴的設(shè)備,將用于或接近身體,你可能需要把天線放在設(shè)備面對(duì)遠(yuǎn)離身體的一邊。這就是為什么射頻設(shè)計(jì)公司用幻影頭、身體和手在消聲室進(jìn)行測(cè)試的原因之一。1]這樣的測(cè)試揭示了該設(shè)備在人的身邊或在人的手中運(yùn)行的良好程度(圖1)。

圖1在消聲室的幻影頭可以讓你測(cè)試天線在控制環(huán)境中的性能。

同樣,靠近天線的金屬物體也會(huì)影響天線的性能。以自行車追蹤裝置為例。追蹤器可能會(huì)固定在自行車的金屬框架上。當(dāng)一個(gè)設(shè)備是針對(duì)一個(gè)金屬物體,你應(yīng)該放置天線盡可能遠(yuǎn)離金屬結(jié)構(gòu)。這樣做可以讓天線輻射而不受金屬物體的干擾。

設(shè)備的外殼可以在天線的工作中發(fā)揮作用。如果箱子是金屬或玻璃填充塑料,它也能抑制天線的輻射能量。考慮使用非玻璃填充塑料,除非你使用特殊的天線。

天線在電路板上的位置會(huì)影響射頻性能。天線需要向六個(gè)方向輻射。圖2展示了當(dāng)將天線正確放置在電路板上時(shí),天線如何能夠向更多的方向輻射能量。無(wú)花果樹。2還展示了如何更好的位置在電路板的角落,因?yàn)檩^少的天線的領(lǐng)域?qū)⒈蛔枞?天線的性能比其他地點(diǎn)。

圖2為了達(dá)到最佳性能,將天線置于電路板的末端,而不是沿側(cè)邊。

天線通常被設(shè)計(jì)成在一個(gè)角落的位置工作,但一些天線最好在多氯聯(lián)苯的長(zhǎng)或短的邊緣工作。有些天線有左右變體。您有選擇,因此您可以選擇最適合印刷板的設(shè)計(jì)和布局的天線。你可以自由地改變天線的精確位置,但是你可以研究制造商的數(shù)據(jù)表和天線的位置。這使天線輻射正確,達(dá)到最佳性能.

將天線相對(duì)于其他組件的位置

即使是高性能、高效率的天線,在接近另一個(gè)造成干擾的組件時(shí)也無(wú)法正常工作。這種干擾可能來(lái)自電路板上的東西或靠近天線的另一個(gè)物體。

有些元件會(huì)對(duì)天線發(fā)出的輻射信號(hào)造成干擾。電池、液晶顯示器、電動(dòng)機(jī)和其他金屬物體可以產(chǎn)生干擾天線性能的噪音或反射。因此,你應(yīng)該盡量讓天線遠(yuǎn)離這些物體。圖3顯示了天線的足跡和通過(guò)電路板的所有層的間隙。

圖3當(dāng)為天線設(shè)計(jì)電路板時(shí),請(qǐng)記住要考慮到間隙。

其他接近天線可能會(huì)引起問(wèn)題,特別是當(dāng)它們?cè)谙嗤念l率或主波長(zhǎng)的諧波共振下工作時(shí)。它們可能導(dǎo)致天線脫調(diào)。理想的天線應(yīng)該相互隔離,比如說(shuō)1千兆赫的-10分貝和2千兆赫的-20分貝。

天線也可能需要清除。在這個(gè)區(qū)域,只有天線墊和連接到的飼料,讓它正確的功能在自由空間。檢查數(shù)據(jù)表是否有制造商的清除規(guī)格和測(cè)量。清除面積可能比實(shí)際天線大一點(diǎn).您可能需要保持所有電路板層的間隙。為建議的天線足跡和間隙空間設(shè)計(jì)電路板。

檢查地面平面長(zhǎng)度要求。

表面安裝裝置(SMD)天線通常需要地面面輻射能量。地面是一個(gè)平坦的表面,工作有點(diǎn)像一個(gè)鏡子平衡天線的互惠。

地面平面通常比天線長(zhǎng).操作的最低頻率將決定其長(zhǎng)度.數(shù)據(jù)表將指定地面平面的需求,但它也意味著您將需要天線下面的一個(gè)保留區(qū)。如果空間很小,我們建議選擇需要很小地面平面的天線,以滿足通過(guò)載波輻射規(guī)格的效率要求。圖4顯示了地面平面如何能夠毗鄰或低于天線或兩者。

圖4天線下面或附近的地面提高了它們輻射和平衡天線的能力。

天線與其地面之間的距離也很重要,應(yīng)符合制造商數(shù)據(jù)表公布的規(guī)格。每一個(gè)天線都是不同的,地面平面的需求很可能是決定你選擇天線的因素。

如何設(shè)計(jì)射頻進(jìn)給線

追蹤線將天線與無(wú)線電連接起來(lái).設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)妮旊娋€路會(huì)使天線的性能降低多達(dá)50%。這一部分的設(shè)計(jì)需要特別的注意。

記住兩個(gè)重要的原則。首先,保持射頻電路靠近天線,以最大限度地減少傳輸過(guò)程中的損失。一個(gè)精心設(shè)計(jì)的傳輸線,其邊緣的通道間隔均勻,將有助于最大限度地減少噪音和信號(hào)損失,這可能會(huì)影響天線的性能。第二,記住考慮電路板堆疊層;不要將電線或痕跡直接放置在天線上方或下方。設(shè)計(jì)所有的傳輸線路,使其具有50歐的特性阻抗.

商業(yè)軟件包幫助您設(shè)計(jì)共平面?zhèn)鬏斁€路,而設(shè)計(jì)傳輸線路最簡(jiǎn)單的方法就是使用一條。該程序?qū)⒂?jì)算適當(dāng)?shù)膫鬏斁€路寬度和線路兩側(cè)的間隙,因此共平面?zhèn)鬏斁€路的特性阻抗為50歐。

考慮另一種天線

表面安裝設(shè)備(SMD)天線在設(shè)計(jì)中是有用的,因?yàn)樗鼈冎徽加煤苄〉目臻g,但也有其他的選擇。天線是以靈活印刷電路(FPC)形式提供的,這為某些情況下的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)有用的選擇。圖5顯示了SMD和FPC天線。

圖5FPC和SMD天線為設(shè)計(jì)者提供了移動(dòng)和遠(yuǎn)程設(shè)備設(shè)計(jì)的選擇。

FPC天線通過(guò)自己的射頻同軸電纜與電路連接,具有各種連接選項(xiàng)。您可以在設(shè)備內(nèi)的不同位置使用它,不會(huì)占用電路板上任何有價(jià)值的空間。一個(gè)FPC天線可以彎曲或折疊,這引入了許多選擇放置它。例如,它可能被固定在設(shè)備外殼的內(nèi)部。

FPC的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是:它不需要地面平面,這有助于集成。然而,FPC的同軸電纜成為天線的一部分。因此,電纜的路由設(shè)計(jì)應(yīng)該謹(jǐn)慎。我們建議將天線的這一部分遠(yuǎn)離可能造成噪音和干擾的其他部件。

FPC提供了一些有用的好處,但最終FPC和SMD天線之間的決定將取決于設(shè)備的性質(zhì)、設(shè)備的制造過(guò)程和產(chǎn)量。FPC天線用粘合劑固定在表面上,每個(gè)FPC天線都需要手動(dòng)放置。這使財(cái)務(wù)執(zhí)行情況控制系統(tǒng)適合較小的生產(chǎn)運(yùn)行,更短的時(shí)間表和手工裝配。SMD天線可以通過(guò)點(diǎn)播機(jī)放置在電路板上。這些天線是為降低勞動(dòng)力成本而大規(guī)模制造的設(shè)備的更好選擇。

結(jié)論

一般來(lái)說(shuō),如果你使用一個(gè)低姿態(tài),高性能的天線,你會(huì)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)更容易。然而,射頻設(shè)計(jì)是復(fù)雜的,我們建議您在最終完成一個(gè)射頻設(shè)計(jì)之前,從公司內(nèi)部或外部的射頻專家那里獲得建議。在大多數(shù)情況下,設(shè)計(jì)將在消聲室進(jìn)行測(cè)試,以檢查性能和偽發(fā)射。這是獲得設(shè)計(jì)認(rèn)證的第一步。