天线对环境敏感。所以,在PCB中设置天线时,在设计中要考虑到对天线的要求,因为它对设备的无线性能有很大的影响。集成天线的时候要特别小心。甚至PCB材料,层数、厚度都对天线性能有影响。
为改善性能定位天线。
这些天线的工作方式不一样,根据每个天线的辐射方式,可能需要将其放在特定的位置——PCB的短边、长边或者角。
一般PCB的角度是很适合放置天线的地方。由于角位置允许天线在五个空间方向间存在空隙,天线的馈电位于第六个方向。
天线制造商提供的天线设计可适应不同的位置,因此产品设计者可以选择最适合自己布局的天线。一般制造商的数据表都会显示参考设计,如果遵照设计,会提供很好的性能。
在4G和LTE产品设计中,MIMO系统经常使用多个天线。该设计中,当同时使用多个天线时,天线一般放置在电路板的不同角落。
不要将任何组件放在天线附近,因为它们可能影响天线的性能。所以,天线规格将规定保留区域的大小,即天线周围必须远离金属物体的区域。它可以应用到PCB的每个层。另外,线路板的任何一层都不能放置任何部件,甚至不能安装螺丝。
与天线工作频率相关的天线向地面辐射。所以,必须对所选天线的接地面的大小和间距进行适当的设计。
地平面
接地面的大小也要考虑到设备的线缆,以及为设备供电的电池和电线。若接地面大小合适,天线受接线电缆及电池组影响不大。
一些天线与地面平面相关,也就是说电路板本身是接地部分来平衡天线电流,电路板下的电路板会影响天线的性能。这样的话,不把电池或LCD放在天线附近就很重要了。
生产厂家数据表应随时说明天线是否要辐射接地面,如果需要,应说明所需接地面的尺寸。这就是说,天线周围的空隙区域。
接近另一个PCB组件。
必须使天线远离可能干扰天线辐射的其它部件。要注意的东西是电池,LCD、USB、HDMI和以太网连接器等金属元件,以及噪音或与开关电源有关的高速开关组件。
天线与其他部件的理想距离随其高度的不同而改变。一般情况下,如果一条线与天线的底部成八度角,若其离地面,则与其有安全距离。
若邻近的其它天线在相同的频率下工作,可能会造成两个天线不协调,因为他们会影响彼此的辐射。为了解决这一问题,我们建议通过在1GHz以上频段隔离至少-10dB的天线和在20GHz以下至少-20dB的天线。要做到这一点,可以在天线之间增加距离,或者把天线旋转到180度。
设计传输线
传送线是射频线,向天线或从天线向无线电发射射频能量。传输线的设计要求是50,否则信号有可能反射回无线电,造成信噪比(SNR)下降,从而使无线电接收器失去意义。利用电压驻波比法(VSWR)测得。良好的PCB设计将显示适当的VSWR测量,天线可在测试时进行测量。
提出了精心设计传输线。第一,传输线应该是直的,因为有弯角和弯道都可能导致损坏。由于隔离线周围或接触层传播的噪声,使天线性能得到了改善,因此通过在线路或接触层上均匀地放置过孔,使天线的噪声和信号损失降至很低。
越小的传输线就可能导致更大的损失。RF匹配部分和传输线宽度用来调整天线,使天线工作于50Ω阻抗。传输线的大小对天线性能有影响,传输线应尽量短,天线性能好。
怎样达到更好的性能?
只要在正确的接地面上放置天线,你就会有一个良好的开端,但在改善天线性能方面还有很多工作要做。你可以用匹配网络来协调天线——它会在某种程度上弥补可能影响天线性能的任何因素。
其核心的射频部件为天线、匹配网络和射频输出。在靠近配置时放置这些部件会使信号损耗降到最低。类似地,如果你的设计包含匹配网络,并且天线的长度与制造商产品规格中规定的长度相匹配,这个天线就会表现良好。
PCB周围的外壳也可以不同。无线讯号无法透过金属传输,因此,将天线放置于金属外壳或具有金属特性的外壳中不会成功。
与此类似,天线放置在塑料表面附近时要小心,因为这样会严重破坏天线的性能。某些塑料(例如填充玻纤的尼龙)损耗,可以衰减到天线的射频信号。塑胶的介电常数高于空气,将严重影响信号。也就是说,天线可以记录到较高的介电常数,从而增大了电子长度,减小了天线辐射的频率。
推荐使用高质量的FR4线路板,因为它们不会引起射频性能问题。
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