ăng-ten pcb: các thiết bị không dây nhận và phát ra các tín hiệu

Photo of author

By Lisa chen

Các thiết bị không dây đang trở thành tiêu chuẩn cho hầu hết các ứng dụng, vì vậy có nhu cầu cao về các ăng-ten PCB cho việc giao tiếp thông thống. Hãy tưởng tượng một thiết bị đơn giản như chuột không dây đến mạng 5G mới nổi và Internet of Things. chúng đòi hỏi sự liên lạc không dây, và ăng-ten pcb sẽ giúp chúng phát triển.

Nếu bạn đang làm việc trong một dự án liên quan đến kết nối không dây, ăng-ten PCB sẽ được mô tả chi tiết, bao gồm loại và cách thiết kế của chúng. Bắt đầu nào!

nội dung

Kiểu ăng-ten

tham số ăng-ten

cách thiết kế ăng-ten pcb

loại bảng mạch in ăng-ten

tóm tắt

Kiểu ăng-ten

 

sau đây là ba loại ăng-ten.

ăng-ten có dây

 

một ăng-ten dây cơ bản là một loại cáp nổi lên trên một pcb trong không gian tự do. Nhờ phơi nắng 3D và kích thước của nó, nó cung cấp phạm vi và hiệu suất tốt nhất.

 

ăng-ten PCB

 

Các ăng-ten PCB này, cũng được gọi là ăng-ten PCB, đơn giản như vẽ một đường đi trên bảng mạch.

 

So sánh với ăng-ten có dây, loại ăng-ten PCB là 2D vì nó nằm cùng vị trí với bảng mạch.

ăng-ten trên chip

 

ăng-ten chip là một mạch tích hợp nhỏ gọn với các dây dẫn bên trong. kích cỡ nhỏ của con chip vẫn cung cấp một phạm vi không dây có thể chấp nhận được trong thiết kế ăng-ten.

 

ăng-ten so sánh

 

Vì IFA và MIFA là ăng-ten PCB phổ biến nhất, chúng tôi sẽ so sánh chúng với các ăng-ten chip và dây.

ăng-ten pcb: các thiết bị không dây nhận và phát ra các tín hiệu_1

 

tham số ăng-ten

 

sau đây là các tham số hiệu năng quan trọng của ăng-ten.

Mất hồi âm

 

sự mất mát hồi âm chỉ ra độ khớp của ăng-ten với dây chuyền 50ω. kháng cự đặc trưng của dây chuyền thông thường là 50ω. nhưng nó có thể khác. Tuy nhiên, 50 Ω là tiêu chuẩn công nghiệp cho các thiết bị thử nghiệm và ăng-ten thương mại.

 

băng thông

 

băng thông xác định tần số phản hồi của ăng-ten. Nó thể hiện mức độ ăng-ten khớp với đường truyền 50Ω trên toàn băng tần đích (thường là 2,40 GHz đến 2,48 GHz cho các ứng dụng BLE).

Băng thông càng rộng càng tốt, vì nó làm giảm hiệu ứng phân tán do thay đổi môi trường xung quanh ăng-ten gây ra.

 

hiệu suất bức xạ

 

một số năng lượng không phản xạ trở thành mất nhiệt, được phát ra như là nhiệt. mất điện này là do mất điện trong đường điện và mất điện trong một bản bề mặt fr 4. Nhiệt phát ra quyết định hiệu quả của bức xạ, và một hệ thống 100 phần trăm có nghĩa là tất cả năng lượng không phản chiếu được phân tán vào không gian tự do.

bản đồ bức xạ

 

Các chế độ phóng xạ cho thấy các hướng nào được phóng xạ nhiều hơn và các hướng nào được phóng xạ ít hơn. định hướng này giúp định hướng tốt nhất của ăng-ten.

Ví dụ, một ăng-ten cực đồng nhị phân phát xạ bằng nhau theo mọi hướng và phù hợp với các ứng dụng ăng-ten toàn hướng. tuy nhiên, hầu hết các ăng-ten có một hướng đặc biệt, và các tín hiệu RF mạnh hơn theo hướng đó. Các ăng-ten PCB hoạt động tương tự và hoạt động tốt như các ăng-ten định hướng.

 

nhận

 

Đối với một ăng-ten đối xứng phát ra đều nhau ở tất cả các hướng, việc tăng là sự phóng xạ ở một mặt cụ thể (hướng quan tâm). dBi đại diện cho tham số tăng cường bằng cách hiển thị cường độ phóng xạ của nó so với một ăng-ten đối xứng lý tưởng.

cách thiết kế ăng-ten pcb

 

Trước khi thiết kế các ăng-ten điều khiển một PCB, hãy xem xét các điều kiện sau để đảm bảo thiết kế của bạn hoàn hảo.

xem xét thiết kế

 

chọn loại ăng-ten tốt nhất

 

có các thiết kế ăng-ten khác nhau, phổ biến nhất là ăng-ten cong và ăng-ten dạng f. tiêu chuẩn f-type đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa hiệu quả, kích thước và hiệu năng toàn chiều. mặt khác, dây chuyền chật hẹp hơn, nhưng hiệu năng chậm chạp.

xem xét cấu trúc pcb

 

Chiều dài của đường điều khiển tần số âm thanh của nó, tần số càng cao, đường đi càng ngắn. Mỗi ăng-ten cần một khu vực xung quanh đường điểm ăng-ten, không có đầy điểm đất hoặc đường điều khiển cuối (vùng bị chặn) trên bất cứ mức PCB nào. Ngoài ra, các dây chuyền rộng cung cấp băng thông rộng và có thể được phủ bằng màng kháng hàn hoặc mạ vàng. cuối cùng, hiệu năng của các tín hiệu điện tử của ăng-ten sẽ phụ thuộc vào hằng số tiếp xúc, độ dày và vật liệu nền.

mặt đất là rất quan trọng

 

ăng-ten pcb cần có mặt đất để hoạt động. kích thước và hình dạng của đất nước sẽ ảnh hưởng đến hiệu năng và độ kháng của ăng-ten. Do vậy, phải có các lỗ dọc theo cạnh của vùng chặn ăng-ten.

bao gồm các cấu phần phù hợp

 

các ăng-ten không phù hợp sẽ làm giảm hiệu suất và kết nối radio. Do vậy, bạn nên đặt một mạng PI ở các điểm nguồn ăng-ten để tránh mất đi.

Đốt lửa cảm ứng

 

Đảm bảo là ăng-ten và kháng cự nguồn phù hợp (50 Ω) bên cạnh các bộ phận để có khả năng truyền điện RF tối đa. cố gắng giữ cho sự mất mát hồi âm nhỏ hơn hoặc bằng -10 dB

hãy nghĩ về môi trường xung quanh ăng-ten

 

Các bộ phận kim loại, vỏ và các bộ phận khác ảnh hưởng tới các chế độ phóng xạ và điều chỉnh. Vì vậy, hãy chắc chắn rằng ăng-ten cách xa các đối tượng kim loại, nhựa kim loại hoặc vỏ kim loại.

điều chỉnh thiết kế cho các ứng dụng cụ thể

 

cuối cùng, hãy nhớ thay đổi kích cỡ, khớp v. v. cho một ứng dụng cụ thể. Việc sao chép một thiết kế hiện có không đủ tốt bởi các chế độ phóng xạ và thu hợp có thể thay đổi theo các tham số khu vực xung quanh.

tính toán

 

trực tiếp đặt các tham số́ này trước khi thực hiện các tính toán. Bạn chọn tần số hoạt động và sàn nhà, và sau đó tính toán độ dài và chiều rộng của đường đi và sàn nhà.

Giả sử vật liệu nền là FR4 với độ dẫn hướng tương đối là 4.4.

bạn có thể sử dụng công thức sau đây để tính toán chiều cao của sàn.

ăng-ten pcb: các thiết bị không dây nhận và phát ra các tín hiệu_2

hs là chiều cao cơ sở

f là tần số (ghz)

c là tốc độ ánh sáng (m/ giây)

σr là hằng số điện năng của nền tảng

đối với chiều rộng của đường đi, bạn có thể có được sử dụng công thức sau:

ăng-ten pcb: các thiết bị không dây nhận và phát ra các tín hiệu_3

để có được độ dài theo vết, sử dụng:

ăng-ten pcb: các thiết bị không dây nhận và phát ra các tín hiệu_4

trong phương trình này, σff là hằng số tiếp xúc hợp lệ.

ăng-ten pcb: các thiết bị không dây nhận và phát ra các tín hiệu_5

mặt khác, delta l là chiều dài vật lý.

ăng-ten pcb: các thiết bị không dây nhận và phát ra các tín hiệu_6

sử dụng công thức sau đây để tính toán độ dài cơ sở:

ăng-ten pcb: các thiết bị không dây nhận và phát ra các tín hiệu_7

đối với chiều rộng, sử dụng công thức sau:

ăng-ten pcb: các thiết bị không dây nhận và phát ra các tín hiệu_8

tính toán cuối cùng liên quan đến việc nhận tỉ số chiều rộng. Sử dụng công thức sau đây để tính toán giá trị.

ăng-ten pcb: các thiết bị không dây nhận và phát ra các tín hiệu_9

ở đây, d là chiều rộng của đường rf, w là chiều rộng của sàn nhà và a là diện tích hợp lệ.

Chúng tôi sẽ thiết kế một bo mạch RF 2,45 GHz sử dụng ESP8255 On-Chip System (SOC) thông qua những tính toán này.

bảng mạch và ăng-ten

 

có hai phần trên bảng mạch cần được xem xét. Đây là ăng-ten và phần dao động tinh thể, nhưng chúng tôi sẽ tập trung vào phần ăng-ten.

các bước thiết kế

 

Sau khi các đầu nối và đầu nối đã được đặt, các đầu nối U.FL, công tắc, ăng-ten, công tắc GPIO0 và vi điều khiển. Sau đó, hãy cố định dây ăng-ten, nhớ rằng điện chặn là 50 Ω. dây đồng đóng vai trò như một đường dây truyền tần số cao, giá trị kháng cự chủ yếu phụ thuộc vào độ dày của bảng mạch và vật liệu điện.

vì vậy, trước tiên bạn nên tính toán nó và sau đó vẽ đường dẫn. bạn có thể sử dụng công cụ tính toán độ khửng để đơn giản hóa việc tính toán.

Tiếp theo, bạn tính toán chiều rộng của đường đi. Với chiều rộng điểm 70 mi, độ dày điểm 1,4 mi, phương tiện 39.3701 (độ dày bảng) và hằng số tiếp xúc tương đối 4.5 chúng ta có thể đạt được 50 như độ chấp nhận điện.

ăng-ten pcb: các thiết bị không dây nhận và phát ra các tín hiệu_10

 

điều quan trọng là phải lưu ý rằng các giá trị tuyến tính tương đối có thể thay đổi từ nhà sản xuất. độ khức độ, nó thường phụ thuộc vào độ dày của phương tiện và độ rộng của đường đi.

Sau khi thực hiện các tính toán trên, các đường dẫn được thiết kế và sử dụng cho việc sản xuất, lập trình và kiểm tra.

loại bảng mạch in ăng-ten

 

ăng-ten pcb

ăng-ten bánh xe pcb

máy bay quad, ăng-ten pcb

ăng-ten theo chu kỳ

ăng-ten PCB linh hoạt

ăng-ten universal mmic pcb

ăng-ten mảng patch pcb

ăng-ten băng thông rộng (băng thông rộng) pcb

Tùy chỉnh ăng-ten PCB

 

ăng-ten pcb: các thiết bị không dây nhận và phát ra các tín hiệu_11

Một khung SIM là một phần của bộ truyền thông GSM với ăng-ten

 

tóm tắt

Da haben Sie es! Leiterplattenantennen sind für moderne Anwendungen unverzichtbar, und das obige Design sollte es Ihnen erleichtern, eine für Ihr Projekt zu bauen. Denken Sie daran, die Designüberlegungen einzuhalten und das endgültige Design auf das jeweilige Projekt abzustimmen. Wenn Sie Fragen, Kommentare oder Vorschläge haben, zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren.