嵌入式天线的5个设计技巧

将天线设计成嵌入式或嵌入式的无线设备需要特别注意,以最大限度地提高性能。

在设计无线设备时,要注意在电路板上放置天线。电路板上的空间、位置、间隙、地面以及与其他部件的正确连接都影响到天线的性能。从最初的设计概念中纠正这些方面,将有助于实现一个成功的发射和可靠的无线性能。

在制造商数据表中概述的自由空间中表现良好的天线在安装在设备中时可能会有不同的性能。在最坏的情况下,天线挤进设计阶段结束时的一个空间,而不考虑制造商打算的布局指南,很可能功能不良。设计需要修改,这增加了成本,延长了市场时间。遵循这五项基本原理设计嵌入式天线到电子设备,并获得一个正确的设计第一次。

天线放置

由于天线对周围环境敏感,因此天线在设备中的一般位置可能有助于或妨碍设计。将天线放置在一个位置,保护它不受可能对天线造成电气干扰的物体的影响。

人体吸收射频能量。如果你正在设计一个可穿戴的设备,将用于或接近身体,你可能需要把天线放在设备面对远离身体的一边。这就是为什么射频设计公司用幻影头、身体和手在消声室进行测试的原因之一。1]这样的测试揭示了该设备在人的身边或在人的手中运行的良好程度(图1)。

图1在消声室的幻影头可以让你测试天线在控制环境中的性能。

同样,靠近天线的金属物体也会影响天线的性能。以自行车追踪装置为例。追踪器可能会固定在自行车的金属框架上。当一个设备是针对一个金属物体,你应该放置天线尽可能远离金属结构。这样做可以让天线辐射而不受金属物体的干扰。

设备的外壳可以在天线的工作中发挥作用。如果箱子是金属或玻璃填充塑料,它也能抑制天线的辐射能量。考虑使用非玻璃填充塑料,除非你使用特殊的天线。

天线在电路板上的位置会影响射频性能。天线需要向六个方向辐射。图2展示了当将天线正确放置在电路板上时,天线如何能够向更多的方向辐射能量。无花果树。2还展示了如何更好的位置在电路板的角落,因为较少的天线的领域将被阻塞,天线的性能比其他地点。

图2为了达到最佳性能,将天线置于电路板的末端,而不是沿侧边。

天线通常被设计成在一个角落的位置工作,但一些天线最好在多氯联苯的长或短的边缘工作。有些天线有左右变体。您有选择,因此您可以选择最适合印刷板的设计和布局的天线。你可以自由地改变天线的精确位置,但是你可以研究制造商的数据表和天线的位置。这使天线辐射正确,达到最佳性能.

将天线相对于其他组件的位置

即使是高性能、高效率的天线,在接近另一个造成干扰的组件时也无法正常工作。这种干扰可能来自电路板上的东西或靠近天线的另一个物体。

有些元件会对天线发出的辐射信号造成干扰。电池、液晶显示器、电动机和其他金属物体可以产生干扰天线性能的噪音或反射。因此,你应该尽量让天线远离这些物体。图3显示了天线的足迹和通过电路板的所有层的间隙。

图3当为天线设计电路板时,请记住要考虑到间隙。

其他接近天线可能会引起问题,特别是当它们在相同的频率或主波长的谐波共振下工作时。它们可能导致天线脱调。理想的天线应该相互隔离,比如说1千兆赫的-10分贝和2千兆赫的-20分贝。

天线也可能需要清除。在这个区域,只有天线垫和连接到的饲料,让它正确的功能在自由空间。检查数据表是否有制造商的清除规格和测量。清除面积可能比实际天线大一点.您可能需要保持所有电路板层的间隙。为建议的天线足迹和间隙空间设计电路板。

检查地面平面长度要求。

表面安装装置(SMD)天线通常需要地面面辐射能量。地面是一个平坦的表面,工作有点像一个镜子平衡天线的互惠。

地面平面通常比天线长.操作的最低频率将决定其长度.数据表将指定地面平面的需求,但它也意味着您将需要天线下面的一个保留区。如果空间很小,我们建议选择需要很小地面平面的天线,以满足通过载波辐射规格的效率要求。图4显示了地面平面如何能够毗邻或低于天线或两者。

图4天线下面或附近的地面提高了它们辐射和平衡天线的能力。

天线与其地面之间的距离也很重要,应符合制造商数据表公布的规格。每一个天线都是不同的,地面平面的需求很可能是决定你选择天线的因素。

如何设计射频进给线

追踪线将天线与无线电连接起来.设计不当的输电线路会使天线的性能降低多达50%。这一部分的设计需要特别的注意。

记住两个重要的原则。首先,保持射频电路靠近天线,以最大限度地减少传输过程中的损失。一个精心设计的传输线,其边缘的通道间隔均匀,将有助于最大限度地减少噪音和信号损失,这可能会影响天线的性能。第二,记住考虑电路板堆叠层;不要将电线或痕迹直接放置在天线上方或下方。设计所有的传输线路,使其具有50欧的特性阻抗.

商业软件包帮助您设计共平面传输线路,而设计传输线路最简单的方法就是使用一条。该程序将计算适当的传输线路宽度和线路两侧的间隙,因此共平面传输线路的特性阻抗为50欧。

考虑另一种天线

表面安装设备(SMD)天线在设计中是有用的,因为它们只占用很小的空间,但也有其他的选择。天线是以灵活印刷电路(FPC)形式提供的,这为某些情况下的设计提供了一个有用的选择。图5显示了SMD和FPC天线。

图5FPC和SMD天线为设计者提供了移动和远程设备设计的选择。

FPC天线通过自己的射频同轴电缆与电路连接,具有各种连接选项。您可以在设备内的不同位置使用它,不会占用电路板上任何有价值的空间。一个FPC天线可以弯曲或折叠,这引入了许多选择放置它。例如,它可能被固定在设备外壳的内部。

FPC的另一个重要优点是:它不需要地面平面,这有助于集成。然而,FPC的同轴电缆成为天线的一部分。因此,电缆的路由设计应该谨慎。我们建议将天线的这一部分远离可能造成噪音和干扰的其他部件。

FPC提供了一些有用的好处,但最终FPC和SMD天线之间的决定将取决于设备的性质、设备的制造过程和产量。FPC天线用粘合剂固定在表面上,每个FPC天线都需要手动放置。这使财务执行情况控制系统适合较小的生产运行,更短的时间表和手工装配。SMD天线可以通过点播机放置在电路板上。这些天线是为降低劳动力成本而大规模制造的设备的更好选择。

结论

一般来说,如果你使用一个低姿态,高性能的天线,你会发现设计更容易。然而,射频设计是复杂的,我们建议您在最终完成一个射频设计之前,从公司内部或外部的射频专家那里获得建议。在大多数情况下,设计将在消声室进行测试,以检查性能和伪发射。这是获得设计认证的第一步。