Un’antenna che trova posto nel disegno del PCB potrebbe comunque dover condividere lo spazio con una batteria, un contenitore e dei cavi. Prima di rilasciare la scheda, scegliere un’architettura adatta al prodotto, preservarne la geometria di riferimento e pianificare come valutare il prototipo assemblato.

Partire dal progetto di riferimento del fornitore dell’antenna e dallo spazio disponibile nel prodotto finito. Quindi riservare contemporaneamente la regione dell’elemento radiante, la struttura di alimentazione e l’accesso per le misure. Una modifica tardiva alla batteria o al contenitore può influire su questa scelta anche se il disegno dell’antenna non è cambiato.

Scegliere un’architettura in base ai vincoli del prodotto

Architettura	Quando prenderla in considerazione	Cosa definire prima del layout
Antenna a traccia su PCB	La scheda dispone dello spazio per la geometria di riferimento selezionata e il progetto può ospitare l’area circostante richiesta.	Forma dell’elemento radiante, relazione con il bordo della scheda, regole per il rame specifiche per ciascun layer, geometria dell’alimentazione e della massa, ed effetto del contenitore.
Antenna chip	Un progetto idoneo del fornitore è compatibile con la geometria disponibile della scheda e del prodotto.	Il componente è solo una parte del sistema d’antenna: verificare il footprint specificato, le distanze di rispetto circostanti e la configurazione di massa, alimentazione e adattamento.
Antenna esterna	Un’antenna esterna alla scheda principale si adatta meglio ai vincoli di ingombro o posizionamento.	Montaggio dell’antenna, percorso del cavo, accessibilità del connettore ed effetto dell’assemblaggio installato.

Questi sono punti di partenza, non una classifica. Un componente d’antenna più piccolo non significa necessariamente una regione riservata sulla scheda più piccola. Allo stesso modo, spostare un’antenna all’esterno della scheda introduce decisioni meccaniche e relative ai cavi di cui tenere conto nel prodotto.

Per un’antenna PCB o chip, selezionare un progetto di riferimento sufficientemente vicino all’applicazione prevista da consentirne la valutazione della geometria e dei materiali. Anche lo stackup della scheda conta, oltre al suo profilo: documentare le ipotesi e riesaminare le modifiche tenendo presenti i requisiti di progetto dell’antenna. Per le decisioni più generali sullo stackup, consultare la progettazione dello stackup PCB.

Distinguere l’area di rispetto dell’elemento radiante dal riferimento dell’alimentazione

Uno degli errori di layout con maggiori conseguenze è interpretare la «distanza di rispetto dell’antenna» come un’istruzione a rimuovere tutto il rame intorno all’intero percorso RF.

L’area di rispetto dell’elemento radiante è la zona in cui il progetto dell’antenna selezionata impone restrizioni su rame, componenti o altre strutture. La sua estensione può variare da un layer all’altro. L’alimentazione, invece, può dipendere da un conduttore di riferimento definito e da una particolare relazione con la massa dell’antenna. Rimuovere indiscriminatamente tale riferimento può modificare la struttura dell’alimentazione anziché proteggere l’antenna.

Utilizzare il disegno di riferimento selezionato per rispondere a queste domande:

Su quali layer sono previste restrizioni per il rame o i componenti sotto e intorno all’elemento radiante?
Dove devono rimanere il rame di massa o di riferimento vicino all’alimentazione e all’antenna?
Qual è la relazione dell’elemento radiante con il bordo della scheda e con il resto della geometria di massa?
Quale configurazione di alimentazione e adattamento mostra il progetto di riferimento?
Quali dimensioni, materiali o caratteristiche dell’assemblaggio differiscono da quelli del prodotto previsto?

Non trasferire una distanza di rispetto, un’interruzione del piano di massa o un valore di adattamento da un esempio di antenna non pertinente. Texas Instruments AN043, Infineon AN91445 e Silicon Labs AN1088 descrivono progetti specifici e considerazioni sul layout; le loro geometrie non sono regole intercambiabili valide per ogni antenna.

Il riferimento dell’antenna selezionata è il documento guida per la regione dell’antenna. Per considerazioni più generali sulla fabbricazione, consultare la produzione di PCB RF.

Riesaminare la regione dell’antenna prima del rilascio del PCB

Utilizzare un disegno di riferimento con un identificativo di revisione, affinché chi esegue la verifica possa vedere sia il progetto previsto sia eventuali scostamenti.

Elemento da riesaminare	Cosa registrare o verificare prima del rilascio
Area di rispetto dell’elemento radiante	Segnare la regione soggetta a restrizioni indicata nel progetto di riferimento selezionato e identificare gli oggetti esclusi.
Ritorno dell’alimentazione e rame di riferimento	Mostrare dove sono richiesti il riferimento dell’alimentazione e la massa dell’antenna. Verificare che l’area di rispetto dell’elemento radiante non abbia eliminato il rame necessario all’alimentazione.
Requisiti specifici per layer	Registrare le restrizioni e le caratteristiche richieste per ciascun layer pertinente di rame e componenti.
Contenitore, batteria e cavi	Confrontare la regione dell’antenna con le posizioni di installazione delle parti vicine del prodotto, incluso il percorso previsto dei cavi.
Punto di test	Identificare dove è possibile accedere all’alimentazione per la misura prevista sul prototipo e come l’accesso si rapporta al piano di calibrazione previsto.
Disegno di riferimento di base	Registrare la fonte dell’antenna, la revisione del documento o del disegno e le ipotesi pertinenti sulla geometria e sui materiali della scheda.
Scostamenti documentati	Elencare le differenze rispetto al riferimento di base, il motivo e la verifica progettuale o sul prototipo proposta per ciascuna.

Questa tabella è uno strumento di revisione, non una prova che un progetto raggiungerà un obiettivo prestazionale. Rende visibili le modifiche quando c’è ancora tempo per rivedere il layout o il piano del prototipo.

Esempio ipotetico: un sensore a 2,4 GHz

Un sensore compatto utilizza sul proprio PCB un’antenna basata su un progetto di riferimento del fornitore. Nel primo layout meccanico, la batteria è collocata vicino alla regione documentata dell’antenna, ma al suo esterno. Il team registra la revisione del disegno di riferimento, le restrizioni dell’elemento radiante specifiche per layer, il rame di riferimento dell’alimentazione e un punto previsto per la misura sull’alimentazione.

Successivamente, la batteria viene spostata più vicino per fare spazio a un altro elemento dell’assemblaggio. La forma dell’antenna PCB non è cambiata, ma l’ambiente in cui è installata sì. Il team dovrebbe:

Confrontare la nuova posizione della batteria con la distanza di rispetto documentata dell’antenna e con le ipotesi del progetto di riferimento.
Registrare lo spostamento della batteria come una modifica che richiede una revisione dell’antenna, includendo ogni eventuale scostamento conseguente.
Pianificare la valutazione del prototipo con la batteria e il contenitore nelle posizioni di installazione previste, insieme a qualsiasi configurazione di riferimento utile.

Lo spostamento potrebbe influire in modo significativo sull’antenna oppure no. La revisione e il test proposto determinano quali aspetti richiedono attenzione; la sola vicinanza della batteria non è un risultato di misura.

Preservare l’accesso per le misure sul prototipo

Pianificare l’accesso per le misure prima del rilascio della scheda. Identificare il punto di test previsto sull’alimentazione, il dispositivo di prova o la connessione necessari per raggiungerlo e il piano di calibrazione al quale sarà riferito il risultato. Mantenere identificabili la configurazione di riferimento e quella del prodotto installato, in modo da poter confrontare le misure in maniera significativa.

Una misura S11 effettuata con un VNA descrive la riflessione al piano di calibrazione dichiarato. È utile per esaminare l’adattamento dell’alimentazione e dell’antenna, ma da sola non può stabilire l’efficienza di radiazione, il guadagno, il diagramma di radiazione, la portata o la conformità normativa. La geometria di massa, il materiale del PCB, il contenitore e il dispositivo di misura possono tutti influire sui risultati.

Cosa fare con la prima misura

Confrontare la risposta misurata sull’intera banda operativa prevista con i criteri di accettazione propri del progetto. Salvare, insieme a ogni sweep, le revisioni della scheda e dell’antenna, il piano di calibrazione, la disposizione dei cavi, i componenti di adattamento montati e la configurazione di contenitore, batteria e cavi. Questo rende significativo un confronto successivo.

Osservazione sul prototipo	Domanda o azione successiva
La risposta differisce tra la scheda non assemblata nel prodotto e il prodotto installato.	Verificare che la configurazione di misura sia ripetibile, quindi confrontare le configurazioni meccaniche registrate. Riesaminare l’antenna e l’adattamento nella configurazione di installazione prevista.
La riflessione è fuori dall’obiettivo di progetto su una parte della banda operativa.	Verificare la calibrazione e confrontare alimentazione, massa e rete di adattamento realizzate con il progetto. Riesaminare con il progettista dell’antenna eventuali modifiche all’adattamento o al layout e ripetere la misura.
La riflessione soddisfa l’obiettivo di progetto, ma le prestazioni wireless sono ancora inadeguate.	Il solo adattamento non indica con quale efficienza l’antenna irradi. Riesaminare l’intero sistema radio e utilizzare un test irradiato appropriato per indagare le prestazioni dell’antenna nella configurazione del prodotto.

Queste osservazioni, da sole, non individuano una causa univoca. L’Antenna Selection Guide di TI tratta la calibrazione, gli effetti dei cavi, le misure di riflessione e le misure over-the-air per i propri progetti di esempio.

I test irradiati specifici del prodotto e la valutazione normativa applicabile sono attività distinte. Per le misure e la taratura prima del rilascio, consultare la taratura e la regolazione dell’antenna.

Preparare la documentazione per la fabbricazione e il prototipo

Insieme ai normali file di fabbricazione del PCB, tenere disponibili il disegno di revisione dell’antenna e l’elenco degli scostamenti per la discussione tecnica. Prima di inviare il progetto, verificare il profilo della scheda, le ipotesi sullo stackup e il rame nella regione dell’antenna rispetto al riferimento selezionato. Le verifiche generali di fabbricazione sono trattate nelle linee guida DFM per il layout PCB.

Quando si richiede un prototipo, descrivere eventuali requisiti da confermare e chiedere cosa sia incluso nell’offerta. Non presumere che il preventivo di fabbricazione includa test RF o la taratura dell’antenna.

Richiedi un preventivo PCB o contatta APTPCB per discutere i file forniti e confermare l’ambito della fornitura.

Riferimenti principali

Texas Instruments, AN043: Antenna PCB compatta a 2,4 GHz, SWRA117D.
Texas Instruments, AN058: Guida alla scelta dell’antenna, SWRA161B.
Infineon, AN91445: Linee guida per la progettazione dell’antenna e il layout RF.
Silicon Labs, AN1088: Progettare con un’antenna PCB a F invertita da 2,4 GHz.