射频天线设计和布局提示您的PCB

2020年的11月2日

关键的外卖

射频天线有多种形式，从集成到集成电路的平面芯片天线到直接打印在PCB上的铜天线。
创建带有一个或多个天线的布局需要确保PCB中不同电路块之间的隔离。
当你需要设计射频天线时，你应该使用CAD工具来帮助你设计隔离结构，过渡结构，甚至PCB打印天线。

射频天线的SMA连接器

这种SMA连接器与射频天线进行同轴连接。

如今，很难想出一款不包含天线的消费品。甚至我的车库开门器也可以通过蓝牙或WiFi连接到我的手机上。每当一个新的射频天线被添加到PCB布局中，它就会给射频设计师带来新的麻烦，特别是当模拟设计技能再次变得至关重要时。在新的pcb中增加了如此多的射频功能，设计师如何确保他们系统中的信号不被破坏并保持信号的完整性?

值得庆幸的是，有一些简单的设计选择可以帮助您确保您的射频信号不被附近的数字组件降级。这些相同的设计选择将有助于防止多个模拟信号相互干扰。当设计混合信号或全射频系统时，在射频设计中有很多主题需要考虑，天线设计和布局可能是其中最重要的两个。以下是你需要知道的关于射频天线设计PCB布局以及如何保证模拟信号的完整性。

射频天线设计基础知识

在设计定制天线或选择用于射频PCB的COTS天线时，有几个基本要点需要遵循。所有的射频天线都有一些在设计阶段应该考虑的特殊特性。每根天线都需要以下元素:

浮动导电散热器:这是会发出辐射的天线元件。
参考:天线的参考平面或单元有助于确定结构在每种天线模式下的方向性。
馈线:馈线将射频组件的输入信号路由到辐射天线元件。
阻抗匹配网络:天线阻抗通常为~10欧姆，因此需要与馈线阻抗匹配，以防止反射和保证最大功率传输在所需的载波频率和带宽。

有许多标准天线设计已经被彻底研究过。您可以在网上找到许多参考设计，然后可以复制到您的PCB布局。你也可以在微波工程教科书中找到许多标准天线结构的设计公式。最后，如果你想使用COTS射频天线，你可以在市场上找到许多便宜的低成本设计。无论您选择使用哪种射频天线，您都需要小心地将其放置在您的布局中，以防止板段之间的干扰。

射频天线布局提示

一旦你设计好了天线，是时候弄清楚它应该放在PCB上的什么位置了。射频设计人员应该从混合信号设计人员(大多数射频板实际上是混合信号板)那里学习一些技巧，以防止射频前端、后端和数字部分的多个部分之间的干扰。

有效辐射:这里的目标是确保来自天线元件的辐射远离电路板而不被PCB布局中的其他结构接收。
隔离:类似地，我们不希望在PCB布局互相干扰。
电磁兼容性(EMC):最后，我们需要确保该布局能够抵抗来自其他设备的信号的接收，这些信号可能会在较宽的频率范围内发射。

在真正的PCB中，大多数设计目标都是竞争的，但有两个要点可以帮助您平衡这些设计目标。

在PCB布局中分离电路块

这是一个基本的混合信号PCB设计主题，它同样适用于射频天线布局。你需要把天线部分放在电路板上与其他电路块分离的位置。一般来说，最好将天线部分放置在电路板边缘附近，远离其他模拟组件。这将强辐射限制在板上的一个位置，并确保板之间的干扰是最小的。

PCB上的网格系统布局

网格化的挑战在于确保不同部分的返回路径不会相互干扰，因为这会导致噪声耦合和串扰。现场求解器集成到先进的PCB设计工具可以帮助您发现偏离回程路径当你创建你的布局。对于高频设计，使用连续的接地面结构，以确保一致的返回路径。

隔离天线部分

通过使用创造性的隔离结构，现代手机和蜂窝设备已经成为射频隔离技术的金标准。非常简单，隔离包括在板上rf敏感元件周围放置一些屏蔽，以阻止波在发射器和接收器之间的传播。这里有一些您可以在您的射频天线部分使用的选项，以隔离组件，馈线和天线从彼此或外部噪声源。

隔离结构	优势	缺点
屏蔽可以	只要结构间隙小，隔振值就高。	可以是笨重的部件，也可以是定制的。
通过篱笆	与地面倒浆效果相似，但占用的板空间更小。	低隔离，仅窄带，低截止频率。
地面倒	对于射频天线馈线，创建具有高隔离性的共面波导。	占用板空间，不理想的小板，密集的组件排列。
波导路由	非常高的隔离，模式选择可以执行，以启用特定带宽的路由。	占用电路板空间，只适用于最关键的线路。
能带结构	可设计为特定带宽提供中等到高的隔离。	理想的高频率，这将占用较少的板空间。