添加天線如何改變設計過程

　　當產(chǎn)品是無線的并且需要天線時，設計周期略有不同。天線改變了設計過程，因為它需要小心地放置在 PCB 上的最佳位置，并且在設計中考慮它與其他一些組件的關系很重要。

　　理想情況下，設計人員應先安排設計的射頻元件，然后再考慮其他組件。在本文中，我們著眼于天線添加到設計周期的額外階段，從選擇最合適的天線開始。

　　天線選擇

　　最流行的嵌入式天線是表面貼裝設備 （SMD） 組。它們之所以受歡迎，主要是因為它們有效地利用了電路板空間，還因為它們可以在器件中實現(xiàn)出色的性能。這些天線很??；它們的寬度可以小至 1 毫米，并在電路板組裝過程中直接回流到主機 PCB 上。通常，它們由高級介電層壓基板制成。

　　設計者還可以考慮使用現(xiàn)成的天線模塊。這些將天線與其他組件一起包含在一個小封裝中，隨時可以放入設計中。選擇天線模塊的主要優(yōu)勢在于它可以直接放入設計中，并且射頻電路是現(xiàn)成的。

　　柔性印刷電路 （FPC） 天線可能是一個有趣的選擇，其中設計的組件布局受限于可用的電路板空間，或者由于某種原因，SMD 天線不容易安裝。FPC 包括一層薄薄的銅蓋帶，帶有一體式電纜和一個用于將它們連接到電路板的 UFL 連接器。它足夠薄，可以稍微彎曲成一個曲面，然后塞進設備內(nèi)的一個小空間里，也許固定在設計的外殼內(nèi)。FPC 在空間狹小的地方是一個不錯的選擇，并且在小型手持設備中很受歡迎。

　　如果設備的設計包含可能影響性能的材料，設計人員可能會選擇外部天線。嵌入式天線往往無法實現(xiàn)接近金屬組件的強大性能，因此如果將大型金屬特征納入設計中，則放置在設備外部的終端或外殼安裝天線可能會提供最佳性能。

　　這些天線是用自己的絕緣材料制造的，以隔離射頻信號，如果附近有金屬部件，它們?nèi)匀豢梢砸宰钚〉膿p耗運行。外殼安裝天線為 PCB 上的其他組件騰出了空間，并且由于它們對設計中的其他部件不那么敏感，因此更易于集成。

　　天線放置

　　在典型無線設計中的所有組件中，天線可能對其位置最敏感。因此，建議一開始就決定天線的位置。

　　SMD 天線直接焊接到主機 PCB 上，天線的位置對其射頻性能有影響。天線將沿著一個軸在六個方向上輻射，通常是沿著天線的長度方向。這意味著要表現(xiàn)良好，它應該有盡可能多的方向，沒有反射和吸收障礙物。出于這個原因，天線通常放置在 PCB 的一角，或設計用于 PCB 的邊緣之一。制造商設計他們的天線以在不同的位置工作，每個天線的數(shù)據(jù)表將準確指定天線的輻射方式，以及如何將其放置在主機 PCB 上以優(yōu)化性能。

　　有些組件需要盡可能遠離天線放置，因為它們會產(chǎn)生噪聲并可能對天線的輻射性能造成阻抗。造成干擾的罪魁禍首是電機、電池以及任何具有高金屬含量的組件，例如 LCD。

　　最后，設備的外殼也可能導致天線輻射場的中斷。如果設備有塑料蓋，請小心，因為塑料的介電常數(shù)比空氣高，可能會使天線的諧振頻率失諧。

　　射頻接地層和電路板設計

　　SMD 天線通常需要接地層來輻射。在嵌入式設計中，接地層是 PCB 的一部分，它為 RF 信號往復提供一個平坦的連續(xù)表面。地平面必須有一定的長度，這與天線的最長波長有關。因此，為 PCB 上的接地層提供正確的空間至關重要，因為這將使天線能夠有效地輻射。

　　同樣，它將在天線制造商的數(shù)據(jù)表中進行解釋。有時地平面在天線下方，有時與天線相鄰；這將因天線而異，并且將成為您選擇 SMD 天線的一個因素。

　　除了需要接地層外，天線通常還需要在其周圍留出一定的空間，以便沒有任何其他組件——一個禁區(qū)。每個天線的隔離要求對于每個單獨的天線也是獨一無二的，并且這些區(qū)域需要與其他組件保持距離，可能通過幾層，如果不是天線下方的所有電路板的話。

　　如果從無線電到天線的射頻跡線盡可能短，則設備的射頻性能將最佳。這是因為較長的傳輸線更容易在銅跡線中產(chǎn)生反射和信號能量損失，這會降低設備的整體輻射性能。因此，我們建議將設計中的射頻元件放置在盡可能靠近天線的位置。

　　一些設計將受益于射頻電路內(nèi)的集總元件匹配電路（例如Pi 匹配電路），以調(diào)整天線以提高工作帶寬。

　　Gerber 審查和射頻測試

　　在設計最終確定之前，Gerber 文件布局審查可以很好地檢查 PCB 設計的層堆疊中的射頻電路和傳輸線，并將標記任何不完全正確的區(qū)域。Gerber 審查檢查天線、模塊、傳輸線、通孔和 PCB 材料是否都針對良好的射頻性能進行了優(yōu)化。一些天線設計公司對 Gerber 評論收費，而另一些則免費提供，或者您可以為此目的使用軟件設計包。

　　下一個測試將是測量天線在其 PCB 上的性能。這是在消聲室中完成的。然而，天線可能在室內(nèi)的完美條件下工作良好，然后在其最終應用中表現(xiàn)不同，環(huán)境中的人和物體可能會影響天線的輻射方式。因此，對于可穿戴設備或靠近人體使用的醫(yī)療設備的設計，應在消聲室中使用幻頭或幻手對天線進行調(diào)諧和測試。

　　更多測試可以評估設計在現(xiàn)實生活中的工作情況：無源測試、空中 （OTA） 測試和合成孔徑雷達 （SAR）。將測量效率、雜散發(fā)射、總輻射功率和總各向同性靈敏度的結果。

　　測試設計至關重要，以確保設備在日常使用中正常運行，并且不會產(chǎn)生輻射或干擾。這些測試在設計需要運營商網(wǎng)絡批準的情況下至關重要，并且通常使用專業(yè)的射頻測試服務。

　　最后，蜂窩網(wǎng)絡的每個設計都必須經(jīng)過移動網(wǎng)絡運營商的認證，才能獲得在其網(wǎng)絡上使用的批準。

　　審核編輯：郭婷