آنتنی که در نقشه PCB جا می‌شود، ممکن است همچنان ناچار باشد فضا را با باتری، محفظه و کابل‌ها تقسیم کند. پیش از نهایی‌سازی برد، معماری متناسب با محصول را انتخاب کنید، هندسه مرجع آن را حفظ کنید و برای ارزیابی نمونه اولیه مونتاژشده برنامه داشته باشید.
از طرح مرجع سازنده آنتن و فضای موجود در محصول نهایی شروع کنید. سپس ناحیه تابشگر، ساختار تغذیه و دسترسی برای اندازه‌گیری را در کنار هم در نظر بگیرید. تغییر باتری یا محفظه در مراحل پایانی می‌تواند بر این تصمیم اثر بگذارد، حتی اگر خود الگوی آنتن تغییر نکرده باشد.
انتخاب معماری با توجه به محدودیت‌های محصول
| معماری | چه زمانی آن را در نظر بگیرید | مواردی که باید پیش از چیدمان مشخص شوند |
|---|---|---|
| آنتن چاپی روی PCB | برد برای هندسه مرجع انتخاب‌شده فضای کافی دارد و طراحی می‌تواند ناحیه پیرامونی موردنیاز آن را تأمین کند. | شکل تابشگر، موقعیت نسبت به لبه برد، قواعد مس در هر لایه، هندسه تغذیه و زمین و اثر محفظه. |
| آنتن چیپ | یک طرح مناسب از سازنده با هندسه برد و محصول موجود سازگار است. | قطعه فقط بخشی از سیستم آنتن است: الگوی پد مشخص‌شده، فاصله آزاد پیرامونی، زمین، تغذیه و آرایش تطبیق آن را بررسی کنید. |
| آنتن خارجی | آنتنی خارج از برد اصلی با محدودیت‌های بسته‌بندی یا محل نصب سازگارتر است. | نصب آنتن، مسیر کابل، دسترسی به کانکتور و اثر مجموعه نصب‌شده. |
این موارد نقطه شروع هستند، نه رتبه‌بندی. کوچک‌تر بودن قطعه آنتن لزوماً به معنای کوچک‌تر بودن ناحیه‌ای نیست که باید روی برد برای آن رزرو شود. به همین ترتیب، انتقال آنتن به خارج از برد، تصمیم‌هایی درباره مکانیک و کابل‌کشی ایجاد می‌کند که باید در محصول لحاظ شوند.
برای آنتن PCB یا چیپ، طرح مرجعی انتخاب کنید که به‌اندازه کافی با کاربرد موردنظر مطابقت داشته باشد تا بتوان هندسه و مواد آن را ارزیابی کرد. پشته لایه‌های برد به‌اندازه شکل ظاهری آن اهمیت دارد: فرضیات را مستند کنید و تغییرات را با در نظر گرفتن الزامات طراحی آنتن بررسی کنید. برای تصمیم‌های کلی‌تر درباره پشته لایه‌ها، به طراحی پشته لایه‌های PCB مراجعه کنید.
ناحیه ممنوعه تابشگر را از مرجع تغذیه جدا در نظر بگیرید
یکی از اشتباهات مهم در چیدمان این است که «فاصله آزاد آنتن» را به معنای حذف تمام مس اطراف کل مسیر RF تلقی کنیم.
ناحیه ممنوعه تابشگر محدوده‌ای است که در آن، طرح آنتن انتخاب‌شده استفاده از مس، قطعات یا سایر ساختارها را محدود می‌کند. وسعت این محدوده می‌تواند در هر لایه متفاوت باشد. در مقابل، تغذیه ممکن است به یک هادی مرجع مشخص و رابطه‌ای معین با زمین آنتن متکی باشد. حذف بدون تفکیک این مرجع، به‌جای محافظت از آنتن، می‌تواند ساختار تغذیه را تغییر دهد.
برای پاسخ به این پرسش‌ها از نقشه مرجع انتخاب‌شده استفاده کنید:
- در کدام لایه‌ها برای مس یا قطعات زیر تابشگر و اطراف آن محدودیت وجود دارد؟
- مس زمین یا مرجع در کجای نزدیکی تغذیه و آنتن باید حفظ شود؟
- تابشگر چه موقعیتی نسبت به لبه برد و بقیه هندسه زمین دارد؟
- طرح مرجع چه آرایش تغذیه و تطبیقی را نشان می‌دهد؟
- کدام ابعاد، مواد یا ویژگی‌های مونتاژ با محصول برنامه‌ریزی‌شده تفاوت دارند؟
فاصله آزاد، برش زمین یا مقدار تطبیق را از یک نمونه آنتن نامرتبط اقتباس نکنید. اسناد Texas Instruments AN043، Infineon AN91445 و Silicon Labs AN1088 طرح‌ها و ملاحظات چیدمان خاصی را توضیح می‌دهند؛ هندسه‌های آن‌ها قواعدی قابل‌استفاده به‌جای یکدیگر برای همه آنتن‌ها نیستند.
مرجع آنتن انتخاب‌شده بر ناحیه آنتن حاکم است. برای ملاحظات گسترده‌تر ساخت، به ساخت PCB فرکانس رادیویی مراجعه کنید.
ناحیه آنتن را پیش از نهایی‌سازی PCB بررسی کنید
از یک نقشه مبنا با شناسه بازنگری استفاده کنید تا بررسی‌کنندگان هم طرح موردنظر و هم هرگونه اختلاف با آن را ببینند.
| مورد بررسی | آنچه باید پیش از نهایی‌سازی ثبت یا بررسی شود |
|---|---|
| ناحیه ممنوعه تابشگر | ناحیه محدودشده را بر اساس طرح مرجع انتخاب‌شده مشخص کنید و مواردی را که نباید در آن قرار گیرند، شناسایی کنید. |
| مسیر بازگشت تغذیه و مس مرجع | نشان دهید مرجع تغذیه و زمین آنتن در کجا لازم‌اند. بررسی کنید که فاصله آزاد تابشگر باعث حذف مس موردنیاز تغذیه نشده باشد. |
| الزامات هر لایه | محدودیت‌ها و ویژگی‌های لازم را برای هر لایه مس و قطعه مرتبط ثبت کنید. |
| محفظه، باتری و کابل‌ها | ناحیه آنتن را با موقعیت نصب قطعات نزدیک محصول، از جمله مسیر موردانتظار کابل‌ها، مقایسه کنید. |
| محل آزمون | مشخص کنید برای اندازه‌گیری برنامه‌ریزی‌شده نمونه اولیه، در کجا می‌توان به تغذیه دسترسی داشت و این دسترسی چه نسبتی با صفحه کالیبراسیون موردنظر دارد. |
| نقشه مرجع مبنا | منبع آنتن، بازنگری سند یا نقشه و فرضیات مربوط به هندسه و مواد برد را ثبت کنید. |
| موارد اختلاف مستندشده | تفاوت‌ها با مبنا، دلیل آن‌ها و بررسی یا آزمون پیشنهادی نمونه اولیه برای هر مورد را فهرست کنید. |
این جدول ابزار بررسی است، نه مدرکی مبنی بر اینکه طرح به هدف عملکردی خواهد رسید. این ابزار تغییرات را زمانی آشکار می‌کند که هنوز برای اصلاح چیدمان یا برنامه نمونه اولیه فرصت وجود دارد.
مثال فرضی: یک حسگر 2.4 GHz
یک حسگر فشرده از آنتن مرجع سازنده روی PCB خود استفاده می‌کند. در نخستین چیدمان مکانیکی، باتری نزدیک ناحیه مستندشده آنتن اما خارج از آن قرار دارد. تیم، بازنگری نقشه مرجع، محدودیت‌های تابشگر در هر لایه، مس مرجع تغذیه و محل برنامه‌ریزی‌شده اندازه‌گیری تغذیه را ثبت می‌کند.
بعداً باتری را نزدیک‌تر می‌کنند تا برای یکی دیگر از اجزای مونتاژ جا باز شود. شکل آنتن PCB تغییر نکرده، اما محیط نصب‌شده آن تغییر کرده است. تیم باید:
- موقعیت جدید باتری را با فاصله آزاد مستندشده آنتن و فرضیات طرح مرجع مقایسه کند.
- جابه‌جایی باتری را به‌عنوان تغییری که نیازمند بررسی آنتن است، همراه با هرگونه اختلاف ناشی از آن، ثبت کند.
- برای ارزیابی نمونه اولیه با باتری و محفظه در موقعیت‌های نصب نهایی موردنظر، در کنار هر پیکربندی مبنای مفید، برنامه‌ریزی کند.
این جابه‌جایی ممکن است تأثیر قابل‌توجهی بر آنتن داشته باشد یا نداشته باشد. بررسی و آزمون پیشنهادی مشخص می‌کنند چه مواردی نیاز به توجه دارند؛ صرف نزدیک بودن باتری، نتیجه اندازه‌گیری‌شده نیست.
دسترسی برای اندازه‌گیری را در نمونه اولیه حفظ کنید
پیش از نهایی‌سازی برد، برای دسترسی اندازه‌گیری برنامه‌ریزی کنید. محل آزمون موردنظر روی تغذیه، فیکسچر یا اتصال لازم برای دسترسی به آن و صفحه کالیبراسیونی را که نتیجه در آن گزارش می‌شود، مشخص کنید. پیکربندی مرجع و پیکربندی محصول نصب‌شده را به‌گونه‌ای مشخص نگه دارید که اندازه‌گیری‌ها به‌شکل معناداری قابل مقایسه باشند.
اندازه‌گیری S11 با VNA، بازتاب را در صفحه کالیبراسیون اعلام‌شده توصیف می‌کند. این اندازه‌گیری برای بررسی تطبیق تغذیه و آنتن مفید است، اما به‌تنهایی نمی‌تواند بازده تابش، بهره، الگو، برد یا انطباق با مقررات را تعیین کند. هندسه زمین، جنس PCB، محفظه و فیکسچر اندازه‌گیری همگی می‌توانند بر نتایج اثر بگذارند.
با نخستین اندازه‌گیری چه باید کرد
پاسخ اندازه‌گیری‌شده را در سراسر باند کاری موردنظر با معیارهای پذیرش خود پروژه مقایسه کنید. همراه با هر جاروب اندازه‌گیری، بازنگری‌های برد و آنتن، صفحه کالیبراسیون، آرایش کابل، قطعات نصب‌شده در شبکه تطبیق و پیکربندی محفظه، باتری و کابل‌ها را ذخیره کنید. این کار مقایسه‌های بعدی را معنادار می‌کند.
| مشاهده در نمونه اولیه | پرسش یا اقدام بعدی |
|---|---|
| پاسخ بین برد بدون محفظه و محصول نصب‌شده متفاوت است. | بررسی کنید چیدمان اندازه‌گیری تکرارپذیر باشد، سپس پیکربندی‌های مکانیکی ثبت‌شده را مقایسه کنید. آنتن و تطبیق را در پیکربندی نصب نهایی موردنظر بررسی کنید. |
| بازتاب در بخشی از باند کاری خارج از هدف پروژه است. | کالیبراسیون و تغذیه، زمین و شبکه تطبیق پیاده‌سازی‌شده را با طرح مقایسه کنید. تغییرات تطبیق یا چیدمان را با طراح آنتن بررسی و دوباره اندازه‌گیری کنید. |
| بازتاب با هدف پروژه مطابقت دارد، اما عملکرد بی‌سیم همچنان ناکافی است. | تطبیق به‌تنهایی نشان نمی‌دهد آنتن با چه بازدهی تابش می‌کند. کل سیستم رادیویی را بررسی کنید و برای بررسی عملکرد آنتن در پیکربندی محصول از آزمون تابشی مناسب استفاده کنید. |
این مشاهدات به‌تنهایی یک علت مشخص را نشان نمی‌دهند. راهنمای انتخاب آنتن TI، کالیبراسیون، اثرات کابل، اندازه‌گیری‌های بازتاب و اندازه‌گیری‌های بی‌سیم را برای طرح‌های نمونه خود بررسی می‌کند.
آزمون تابشی مختص محصول و ارزیابی الزامات مقرراتی قابل‌اعمال، فعالیت‌هایی جداگانه هستند. برای اندازه‌گیری و تنظیم پیش از نهایی‌سازی، به تنظیم و تریم آنتن مراجعه کنید.
بسته ساخت و نمونه اولیه را آماده کنید
در کنار فایل‌های معمول ساخت PCB، نقشه بررسی آنتن و فهرست موارد اختلاف را برای گفت‌وگوی فنی در دسترس نگه دارید. پیش از ارسال طرح، شکل برد، فرضیات پشته لایه‌ها و مس ناحیه آنتن را با مرجع انتخاب‌شده مقایسه کنید. بررسی‌های عمومی ساخت در دستورالعمل‌های DFM برای چیدمان PCB پوشش داده شده‌اند.
هنگام درخواست نمونه اولیه، الزاماتی را که به تأیید نیاز دارند شرح دهید و بپرسید چه مواردی در محدوده قیمت اعلام‌شده گنجانده شده‌اند. فرض نکنید که قیمت‌گذاری ساخت شامل آزمون RF یا تنظیم آنتن است.
برای گفت‌وگو درباره فایل‌های ارائه‌شده و تأیید محدوده کار، درخواست قیمت PCB بدهید یا با APTPCB تماس بگیرید.
منابع اصلی
- Texas Instruments، AN043: آنتن PCB کوچک 2.4 GHz، SWRA117D.
- Texas Instruments، AN058: راهنمای انتخاب آنتن، SWRA161B.
- Infineon، AN91445: دستورالعمل‌های طراحی آنتن و چیدمان RF.
- Silicon Labs، AN1088: طراحی با آنتن PCB وارون-F با فرکانس 2.4 GHz.