Проектирование радиочастотных и беспроводных печатных плат

Время чтения (слов)

РФ становится почти повсеместным; сколько устройств в вашем доме содержат хотя бы одну антенну? Автомобильный, аэрокосмический, оборонный и IoT-сегменты расширяют возможности беспроводной связи. Но проектирование радиочастотной печатной платы сильно отличается от проектирования типичных плат.

Недавно мы встретились с инструктором IPC Крисом Мойером, чтобы обсудить проектирование радиочастотных печатных плат и беспроводных приложений в целом. Крис, среди прочего, преподает проектирование радиочастот, поэтому мы попросили его обсудить методы проектирования радиочастот, чем проектирование беспроводных приложений отличается от компоновки традиционных печатных плат, а также когда проектировать собственную антенну, а не использовать готовые коммерческие антенны (COTS). антенны.

Энди Шонесси: Крис, расскажи нам о рынке радиочастотных и беспроводных печатных плат. Как он соотносится с остальным рынком печатных плат?

Крис Мойер: Он никогда не был огромным, но с увеличением количества интеллектуальных устройств и устройств Интернета вещей он определенно растет. Это непросто спроектировать. Подумайте о своем современном мобильном телефоне или современных умных часах с GPS, антенной Wi-Fi, антенной сотовой связи и антенной Bluetooth.

Счастливый Холден:Теперь есть беспроводная зарядка.

Мойер: Верно. Таким образом, на одной плате одновременно работают пять различных радиочастот и модулей. Вероятно, существует более пяти, о которых мы не знаем, с точки зрения того, что военные, НАСА и другие организации, такие как SpaceX, делают с сотнями маленьких спутников. Большой вопрос: как заставить все это работать вместе и не мешать друг другу?

Шонесси:У наших читателей возникает много вопросов об антеннах и конструкции антенн.

Мойер: Это означает не только разработку самой конструкции антенны, но также протоколов Bluetooth и Wi-Fi, соответствие FCC и проектирование на уровне системы для интеграции всех этих различных методов связи. С этим связаны всевозможные протоколы IEEE, а также то, как они могут взаимодействовать или мешать друг другу. Как вы поступаете с разъемами SMA, контролируемыми импедансами, волновыми резонаторами и т. д.?

Во времена радио это был всего лишь усилитель, передатчик и приемник. Конструкция антенны имела решающее значение, поскольку она контролировала вашу частоту и так далее. Вот почему раньше у нас были телевизионные антенны, особенно старые телевизионные антенны треугольной формы. Они использовали треугольную форму, потому что антенны каждой из этих длин улавливали разную частоту. Сегодня дело не только в конструкции антенны, но и в том, какой чип нужно использовать. На самом деле они продают не только 3D-антенны, но и предварительно упакованные антенны в корпусах микросхем. Можно купить Bluetooth-антенну в эквиваленте, скажем, 1206 или чип-корпусе и просто припаять ее к плате.

Шонесси:Кажется, что проще всего было бы использовать готовую антенну, поскольку я полагаю, что она проверена и предварительная работа уже проведена.

Мойер: При разработке собственной антенны, которая технически представляет собой «устройство с медной геометрией», требуется больше математики. Если вы пытаетесь спроектировать антенну из самой дорожки платы, для этого потребуется много инженерной математики и анализа. В частности, чтобы антенна работала правильно, вам необходимо перейти на процесс SAP или mSAP, чтобы не получить неидеальную геометрию, которую вы получаете в результате стандартного процесса вычитания. Вы должны быть гораздо более внимательны к ширине и зазору, особенно если вы делаете антенну змеевидной, а не делаете одну длинную прямую дорожку, чтобы сэкономить место на плате.

При использовании серпантина ширина зазора и длина перед поворотами будут гораздо более важными, чем при простом серпантине, который я бы сделал для согласования длины. Если вы пытаетесь спроектировать настоящую антенну, вам понадобится гораздо больше математики. С другой стороны, если все, что вы делаете, это покупаете детали и пытаетесь их соединить, вы все еще знакомы с методами разводки радиочастотных плат, но без сложной математики конструкции антенны.