Антені, яка вміщується на кресленні друкованої плати, можливо, доведеться ділити простір з акумулятором, корпусом і кабелями. Перш ніж передавати плату у виробництво, виберіть архітектуру, що підходить для виробу, збережіть її еталонну геометрію та сплануйте оцінювання зібраного прототипу.
Почніть з еталонного проєкту постачальника антени та простору, доступного в готовому виробі. Потім одночасно зарезервуйте область випромінювача, структуру живлення та доступ для вимірювань. Зміна акумулятора або корпусу на пізньому етапі може вплинути на це рішення, навіть якщо топологія самої антени не змінилася.
Виберіть архітектуру з урахуванням обмежень виробу
| Архітектура | Коли її варто розглянути | Що потрібно вирішити до розведення плати |
|---|---|---|
| Антена з провідника на друкованій платі | На платі є місце для вибраної еталонної геометрії, а конструкція дає змогу забезпечити необхідну область навколо неї. | Форма випромінювача, його розташування відносно краю плати, правила розміщення міді на окремих шарах, геометрія живлення та землі, а також вплив корпусу. |
| Чип-антена | Відповідний проєкт постачальника підходить для доступної геометрії плати та виробу. | Компонент — лише частина антенної системи: перевірте заданий малюнок контактних площадок, навколишній зазор, землю, живлення та схему узгодження. |
| Зовнішня антена | Антена поза основною платою краще відповідає конструктивним обмеженням або обмеженням щодо розміщення. | Кріплення антени, маршрут кабелю, доступ до роз’єму та вплив установленого вузла. |
Це відправні точки, а не рейтинг варіантів. Менший антенний компонент не обов’язково означає меншу зарезервовану область плати. Так само винесення антени за межі плати потребує механічних рішень і рішень щодо кабелю, які необхідно врахувати в конструкції виробу.
Для антени на друкованій платі або чип-антени виберіть еталонний проєкт, достатньо близький до запланованого застосування, щоб можна було оцінити його геометрію та матеріали. Структура шарів плати важлива не менше, ніж її контур: задокументуйте вихідні припущення та розглядайте зміни з урахуванням вимог до конструкції антени. Ширший огляд рішень щодо структури шарів наведено в статті проєктування структури шарів друкованої плати.
Розрізняйте зону заборони навколо випромінювача та опорний провідник лінії живлення
Одна з помилок розведення з найсерйознішими наслідками — сприймати вимогу «зазору навколо антени» як вказівку видалити всю мідь навколо всього ВЧ тракту.
Зона заборони навколо випромінювача — це область, у якій вибраний проєкт антени обмежує розміщення міді, компонентів або інших структур. Її межі можуть відрізнятися залежно від шару. Водночас лінія живлення може залежати від визначеного опорного провідника та певного розташування відносно землі антени. Безсистемне видалення цього опорного провідника може змінити структуру лінії живлення, а не захистити антену.
Скористайтеся вибраним еталонним кресленням, щоб відповісти на такі запитання:
- На яких шарах діють обмеження щодо міді або компонентів під випромінювачем і навколо нього?
- Де біля лінії живлення та антени мають залишатися земля або опорна мідь?
- Як випромінювач розташований відносно краю плати та решти геометрії землі?
- Яку схему живлення та узгодження показано в еталонному проєкті?
- Які розміри, матеріали або конструктивні особливості вузла відрізняються від запланованих у виробі?
Не переносіть значення зазору, вирізу в землі чи узгодження з прикладу іншої, не пов’язаної з цим проєктом антени. У Texas Instruments AN043, Infineon AN91445 і Silicon Labs AN1088 описано конкретні конструкції та міркування щодо розведення; їхні геометрії не є взаємозамінними правилами для кожної антени.
Вимоги до антенної області визначає вибраний еталонний проєкт антени. Ширший огляд виробничих аспектів наведено в статті виробництво ВЧ друкованих плат.
Перевірте антенну область перед передаванням плати у виробництво
Використовуйте базове креслення з позначенням ревізії, щоб учасники перевірки могли бачити як заплановану конструкцію, так і будь-які відхилення від неї.
| Пункт перевірки | Що зафіксувати або перевірити перед передаванням у виробництво |
|---|---|
| Зона заборони навколо випромінювача | Позначте обмежену область із вибраного еталонного проєкту та вкажіть, які об’єкти в ній заборонено розміщувати. |
| Шлях зворотного струму та опорна мідь лінії живлення | Покажіть, де потрібні опорний провідник лінії живлення та земля антени. Перевірте, що забезпечення зазору навколо випромінювача не призвело до видалення міді, необхідної для лінії живлення. |
| Вимоги для окремих шарів | Зафіксуйте обмеження та необхідні елементи для кожного відповідного шару міді й шару розміщення компонентів. |
| Корпус, акумулятор і кабелі | Порівняйте антенну область із положеннями сусідніх частин установленого виробу, зокрема з очікуваною трасою кабелів. |
| Точка вимірювання | Визначте, де можна отримати доступ до лінії живлення для запланованого вимірювання прототипу та як ця точка доступу співвідноситься із запланованою площиною калібрування. |
| Базове еталонне креслення | Зафіксуйте джерело даних про антену, ревізію документа або креслення та відповідні припущення щодо геометрії й матеріалів плати. |
| Задокументовані відхилення | Перелічіть відмінності від базового проєкту, їхні причини та запропоновану перевірку або випробування прототипу для кожної з них. |
Ця таблиця — інструмент перевірки, а не доказ того, що конструкція відповідатиме цільовим характеристикам. Вона робить зміни видимими, поки ще є час переглянути розведення або план виготовлення й перевірки прототипу.
Гіпотетичний приклад: датчик на 2.4 GHz
Компактний датчик використовує на своїй друкованій платі еталонну антену постачальника. У початковому механічному компонуванні акумулятор розміщено поблизу задокументованої антенної області, але за її межами. Команда фіксує ревізію еталонного креслення, обмеження для випромінювача на окремих шарах, опорну мідь лінії живлення та заплановану точку вимірювання лінії живлення.
Згодом акумулятор переміщують ближче, щоб звільнити місце для іншого елемента конструкції. Форма антени на платі не змінилася, але змінилося її оточення в зібраному виробі. Команді слід:
- Порівняти нове положення акумулятора із задокументованим зазором навколо антени та припущеннями еталонного проєкту.
- Зафіксувати переміщення акумулятора як зміну, що потребує перевірки антени, включно з будь-яким відхиленням, яке виникло внаслідок цього.
- Запланувати оцінювання прототипу з акумулятором і корпусом у їхніх запланованих положеннях у виробі, а також у будь-якій корисній базовій конфігурації.
Переміщення може суттєво вплинути на антену, а може й не вплинути. Перевірка та запропоноване випробування визначають, що потребує уваги; сама лише близькість акумулятора не є результатом вимірювання.
Забезпечте доступ для вимірювань у прототипі
Сплануйте доступ для вимірювань до передавання плати у виробництво. Визначте заплановану точку вимірювання лінії живлення, необхідне для доступу до неї пристосування або з’єднання та площину калібрування, для якої буде наведено результат. Забезпечте можливість розрізняти еталонну конфігурацію та конфігурацію зібраного виробу, щоб вимірювання можна було змістовно порівнювати.
Вимірювання S11 за допомогою векторного аналізатора кіл (VNA) характеризує відбиття в зазначеній площині калібрування. Воно корисне для оцінювання узгодження лінії живлення та антени, але саме по собі не дає змоги встановити ефективність випромінювання, коефіцієнт підсилення, діаграму спрямованості, дальність або відповідність нормативним вимогам. На результати можуть впливати геометрія землі, матеріал друкованої плати, корпус і вимірювальне пристосування.
Що робити з результатами першого вимірювання
Порівняйте виміряну характеристику в межах запланованого робочого діапазону з власними критеріями приймання проєкту. Для кожного частотного проходу зберігайте дані про ревізії плати й антени, площину калібрування, розташування кабелів, установлені компоненти узгодження та конфігурацію корпусу, акумулятора й кабелів. Це забезпечить змістовне порівняння надалі.
| Спостереження на прототипі | Наступне запитання або дія |
|---|---|
| Характеристика відкритої плати відрізняється від характеристики в зібраному виробі. | Перевірте повторюваність вимірювальної установки, а потім порівняйте зафіксовані механічні конфігурації. Перегляньте антену та узгодження в запланованій конфігурації зібраного виробу. |
| Відбиття виходить за межі цільового значення проєкту в частині робочого діапазону. | Перевірте калібрування та відповідність реалізованих лінії живлення, землі й узгоджувальної мережі проєкту. Обговоріть зміни узгодження або розведення з розробником антени та повторіть вимірювання. |
| Відбиття відповідає цільовому значенню проєкту, але робота бездротового зв’язку все одно незадовільна. | Саме лише узгодження не показує, наскільки ефективно антена випромінює. Перегляньте радіосистему загалом і застосуйте відповідне випробування випромінювання для дослідження характеристик антени в конфігурації виробу. |
Самі по собі ці спостереження не вказують на єдину причину. У Посібнику з вибору антени TI розглядаються калібрування, вплив кабелів, вимірювання відбиття та вимірювання по радіоканалу для наведених прикладів конструкцій.
Випробування випромінювання для конкретного виробу та застосовне оцінювання відповідності нормативним вимогам — це окремі види робіт. Про вимірювання й налаштування до випуску виробу див. налаштування та підлаштування антени.
Підготуйте пакет для виготовлення та прототипування
Разом зі звичайними файлами для виготовлення друкованої плати забезпечте доступність креслення для перевірки антени та переліку відхилень для технічного обговорення. Перед поданням проєкту перевірте контур плати, припущення щодо структури шарів і розміщення міді в антенній області на відповідність вибраному еталонному проєкту. Загальні виробничі перевірки розглянуто в рекомендаціях DFM для розведення друкованих плат.
Замовляючи прототип, опишіть усі вимоги, які потребують підтвердження, і уточніть, що входить до обсягу робіт у ціновій пропозиції. Не припускайте, що цінова пропозиція на виготовлення включає ВЧ тестування або налаштування антени.
Запросіть цінову пропозицію на друковану плату або зв’яжіться з APTPCB, щоб обговорити надані файли та підтвердити обсяг робіт.
Основні джерела
- Texas Instruments, AN043: Малогабаритна антена на друкованій платі для 2.4 GHz, SWRA117D.
- Texas Instruments, AN058: Посібник з вибору антени, SWRA161B.
- Infineon, AN91445: Рекомендації з проєктування антен і ВЧ розведення.
- Silicon Labs, AN1088: Проєктування з використанням інвертованої F-подібної антени на друкованій платі для 2.4 GHz.